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Introducción

Los materiales compuestos están formados por dos o más materiales distintos, que

funcionan en conjunto para producir propiedades diferentes, y en general mejores que las de los

componentes individuales.Esto hace que su utilización cada vez sea más mayor, principalmente

en aquellas piezas en las que necesitamos propiedades combinadas que un material (polímero,

metal o cerámico) por sí solo no nos puede brindar.

En general, la desventaja más clara de los materiales compuestos es el precio. Las

características de los materiales y de los procesos encarecen mucho el producto. Para ciertas

aplicaciones las excelentes propiedades mecánicas como la alta rigidez específica, la buena

estabilidad dimensional, la tolerancia a alta temperaturas, la resistencia a la corrosión, la ligereza

o una mayor resistencia a la fatiga que los materiales clásicos compensan el alto precio.

Definiciones

Material compuesto: es un sistema material integrado por una mezcla o combinación de

dos o más micro o macrosustituyentes que difieren en forma y composición química y que son

esencialmente insolubles entre sí. La combinación adecuada de estos componentes origina unos

materiales con mejores propiedades que las partes que los componen por separado.

El material compuesto está formado por una fase discontinua, también llamada refuerzo,

ya que de ella dependen principalmente las propiedades mecánicas, y por una fase continua o

matriz, responsable de la resistencia térmica y ambiental del material, que engloba al refuerzo y

hace del material una estructura monolítica. Además del refuerzo y la matriz existen otros tipos

de componentes como cargas y aditivos que dotan a los materiales compuestos de características

peculiares para cada tipo de fabricación y aplicación.

Materiales de matriz

Entre los materiales usados con más frecuencia están los siguientes:

• Polímeros termoplásticos: Polietileno, nylon polipropileno, poliestireno, poliamidas

• Polímeros termofijos: Poliéster, epóxicos, fenólicos y polimida

• Cerámicas y vidrio

• Carbón y grafito

• Metales: Aluminio, magnesio, titanio

Formas de “Refuerzo”

Se usan muchas formas de “refuerzos”:

• Hebra continúa de fibras, formada por muchos filamentos individuales unidos entre sí

• Hebras cortadas en longitudes pequeñas (de 0.75 a 50 mm o 0.03 a 2.00 pulg.)

• Hebras cortadas al azar, dispersas en forma de estera

• Madeja: un grupo de hebras paralelas

• Tela tejida con madejas o hebras

• Filamentos o alambres de metal

• Microesferas macizas o huecas

• Hojuelas de metal, vidrio o mica

• Hilos de monocristal, de materiales como grafito, carburo de silicio y cobre

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Para adaptar las propiedades de los materiales compuestos a las necesidades específicas

de determinada aplicación hay muchas variables a controlar que determinan el funcionamiento

del producto final:

1. Resina o metal de la matriz.

2. Tipo de fibras de refuerzo.

3. Cantidad de fibra contenida en el material compuesto.

4. Orientación de las fibras.

5. Cantidad de capas que se usen.

6. Espesor total del material.

7. Orientación de las capas entre sí.

8. Combinación de dos o más tipos de materiales compuestos u otros materiales en una

estructura compuesta.

Anisotropía del material: cambio del valor de sus propiedades mecánicas, térmicas o

eléctricas, según la dirección escogida para ensayarlo. Significa una mayor complejidad en el

diseño, ya que puede dar lugar a comportamientos no intuitivos y a modos de fallo inesperados.

Las delaminaciones son una de las consecuencias negativas de esta anisotropía.

Una ventaja de la anisotropía es la posibilidad de diseñar el material junto con la

estructura, adaptados óptimamente a su función. Como la gran mayoría de las aplicaciones

estructurales tienen una dirección de solicitación estructural preferente, se puede mejorar aún

más el diseño si la secuencia de apilamiento y la geometría de la pieza se adaptan a la

funcionalidad prevista.

En los materiales que incorporan fibra corta (1 mm hasta 5 cm) no existe, salvo casos

singulares, posibilidad de orientar el refuerzo, y el material tendrá un comportamiento isótropo

en su plano.

Fibras: son el componente de refuerzo del material compuesto. Aportan resistencia

mecánica, rigidez y dureza y son determinantes para obtener las principales propiedades

mecánicas. Las características más sobresalientes de las fibras de los materiales compuestos son

su resistencia a la tracción específica y su elevado modulo específico.

Matriz: es el volumen donde se encuentran alojadas las fibras y se puede distinguir a

simple vista por ser continua. Los refuerzos deben estar fuertemente unidos a la matriz, de forma

que su resistencia y rigidez sea transmitido al material compuesto..

Resistencia específica: es la relación de resistencia a la tensión de un material entre su

peso específico.

Módulo específico: es la relación del módulo de elasticidad de un material entre su peso

específico.

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Función de la fibra:

La fibra es el elemento reforzante por excelencia. Las propiedades mecánicas de

cualquier material son superiores cuando ese material se presenta en forma de fibra.

La presencia de defectos es dominante en la respuesta del material. Al disminuir el diámetro se

aumenta la resistencia mecánica, ya que se está disminuyendo la posibilidad de encontrar un

defecto de gran tamaño, por el que se inicie la rotura. Esto justifica que las fibras presenten

propiedades superiores.

Los enlaces químicos más fuertes conocidos corresponden al grafito y diamante y, por

tanto, los de mayores posibilidades como fibras. La fibra de grafito se produce como una

secuencia de tostación-estiramiento de algún precursor orgánico, como PAN o brea. Inicialmente

se tendrá un filamento de carbono amorfo, pero la tensión y alta temperatura lo reconvierte

progresivamente a una estructura de láminas de grafito, orientadas con la fibra. Las distintas

variedades de fibra de carbono que se comercializan corresponden a distintos grados de conver-

sión a grafito. A mayor temperatura de tratamiento, mayor costo, mayor porcentaje de grafito,

mayor módulo elástico, y simultáneamente mayor densidad y conductividad eléctrica. A muy

altas temperaturas de tratamiento se generan defectos, lo que perjudica su resistencia mecánica.

La fibra de vidrio en sus variedades normal (Vidrio E) y de alta resistencia (S o R) será la

de mayor consumo por su excelente relación resistencia/precio. Su bajo módulo elástico es su

principal limitación. Es un material amorfo y de aspecto blanco, por dispersión de la luz.

Las fibras de carbono, en sus tres variantes de alta resistencia, intermedia y alto módulo,

serán el material de elección para aplicaciones estructurales muy exigidas, cuando la rigidez y el

peso son criterios dominantes del diseño y cuando el precio es un factor secundario.

Las fibras de poliaramida (poliamidas aromáticas), entre las que el Kevlar es el nombre

comercial más conocido, tienen frente a las anteriores la propiedad de ser tenaces por sí mismas,

como tejidos secos, lo que permite su uso como material flexible de blindaje y para absorción de

energía de impactos. Por su buena resistencia específica a tracción, son además empleadas en el

refuerzo devanado de depósitos de alta presión.

Otras fibras cerámicas, como la fibra de boro, formada por deposición química en fase

vapor de boro sobre un filamento de wolframio o de carbono son más caras que las fibras de

carbono, sin tener mejores propiedades que éstas. La única razón de su utilización es evitar la

reacción a alta temperatura entre fibra y matriz con los MMC y CMC.

Función de la matriz:

La matriz de un material compuesto soporta las fibras manteniéndolas en su posición

correcta; transfiere la carga a las fibras fuertes, las protege de sufrir daños durante su

manufactura y su uso y evitan la propagación de grietas en las fibras a todo lo largo del

compuesto. La matriz, por lo general, es responsable del control principal de las propiedades

eléctricas, el comportamiento químico y el uso a temperaturas elevadas del compuesto.

Las matrices poliméricas son particularmente comunes. La mayoría de los polímeros,

tanto termoplásticos como termoestables, están disponibles en grados correspondientes a

reforzamiento con fibras de vidrio cortas. Los procesos de moldeo de láminas de compuestos

(SMC) y de moldeo en volumen (BMC) son típicos de esta clase de compuestos. Para

aplicaciones a temperaturas algo mas altas se utilizan poliamidas aromáticas termoestables.

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Los compuestos de matriz metálica incluyen aluminio, magnesio, cobre, níquel y

aleaciones de compuestos intermetálicos, reforzados con fibras cerámicas y metálicas. Mediante

los compuestos con matriz metálica (MMC) se cubren una diversidad de aplicaciones

aerospaciales y automotrices. La matriz metálica permite que el compuesto funcione a

temperaturas altas, pero a menudo la producción de un compuesto resulta más difícil y costosa

que la producción de materiales con matriz polimérica.

De manera sorprendente, en los compuestos se pueden utilizar como matriz materiales

cerámicos frágiles. Los compuestos de matrices cerámicas tienen buenas propiedades a

temperaturas elevadas y son más ligeros que los compuestos de matriz metálica de alta

temperatura.

Si consideramos un material compuesto unidireccional, con las fuerzas externas

orientadas en sentido de la fibra. La fuerza total a transmitir se reparte entre fibra y matriz.

Dividiendo ambos términos por la sección transversal total, se obtiene

σc = σm * Am + σf * Af

Se ha definido Af y Am como la fracción de área ocupada por la fibra y la matriz,

respectivamente. Las ecuaciones constitutivas para cada material serían:

σc = Ec * εc al igual que σm = Em * εm y σf = Ef * εf

Por estar íntimamente unidos, fibra y matriz sufren la misma deformación, por lo que resulta

Ec = Em* Am+ Ef * Af

Esta expresión se conoce como ley de micromecánica en sentido longitudinal. El módulo

elástico longitudinal del material compuesto es un promedio del módulo de la fibra y de la

matriz. Con matrices poliméricas, el módulo de la fibra es un orden de magnitud superior, al

menos, al módulo de la resina, por lo que la contribución de la matriz es irrelevante.

Con un razonamiento similar, se obtiene que la resistencia mecánica del material

compuesto unidireccional en sentido longitudinal sea aproximadamente:

Sc = Sf * Af

Las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto que, en cualquier material compuesto, se

debe tratar de conseguir el máximo volumen de fibra, por su relación lineal con las propiedades

mecánicas.

La matriz parece desempeñar un papel insignificante, al menos bajo este estado de cargas, lo que

no es estrictamente cierto. Si se compara un haz de fibras secas con otro idéntico, que incorpora

una matriz adhesiva, la rigidez de ambos será similar, pero el segundo presenta una mayor carga

de rotura. En el primer caso, si una fibra falla en un punto, es ya inefectiva en toda su longitud.

En el segundo caso, la fibra rota transmite localmente a través de la matriz su carga a las fibras

vecinas, y vuelve a ser plenamente efectiva a cortas distancias de su punto de rotura. Mayor es

todavía la importancia de la matriz si la fuerza aplicada fuera de compresión longitudinal. En

ausencia de matriz, la fibra se ondula lateralmente, en una inestabilidad elástica.

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La matriz evita este desplazamiento lateral y, sin absorber directamente la carga aplicada,

contribuye decisivamente a la resistencia mecánica longitudinal a compresión del material

compuesto.

Si la fuerza estuviera aplicada en dirección perpendicular a las fibras, el efecto reforzante

de éstas no entra en juego, salvo por acoplamientos por términos de Poisson, y las propiedades

mecánicas del material compuesto unidireccional, en sentido transversal, serán similares a las de

la matriz.

Modelos micromecánicos indican que el módulo elástico transversal del MC se relaciona

con el de los constituyentes a través de la expresión

1 / Ec= Af / Ef + Am / Em

conocida como ley de micromecánica en sentido transversal. Puede parecer importante, a este

efecto, conseguir una alta resistencia en el polímero, ya que se refleja en la resistencia transversal

del material compuesto. Es sin embargo más efectivo superponer otra lámina de fibras en esa

dirección.

Si bien es posible reforzar cualquier dirección del plano, en sentido normal al plano las

láminas están unidas unas a otras exclusivamente por la matriz, y el requisito de alto módulo

convierte a la matriz en un material frágil. Los materiales compuestos de matriz polimérica

tienen su principal limitación en las delaminaciones, o grietas interlaminares que se generan o

como defectos de fabricación, o como daños accidentales de servicio por impacto de objetos

extraños, que sin dejar huella aparente en la superficie provocan una grieta interna. Mejorar la

resistencia a la delaminación, en base a mejorar la tenacidad de la matriz, es posible añadiendo

partículas elastoméricas a la matriz.

Influencia de la interfase en las propiedades de los materiales

compuestos

Una particularidad muy importante en los compuestos de matriz polimérica y metálica, es

que debe obtenerse una buena unión entre los diversos constituyentes. Las fibras deben estar

firmemente unidas al material de la matriz, así la carga se transfiere correctamente de la matriz a

las fibras. Si la unión es pobre, las libras pueden salirse de la matriz durante la carga, reduciendo

la resistencia a la fractura del compuesto. En algunos casos, para mejorar la unión se pueden

utilizar recubrimientos especiales. Las fibras de vidrio se pueden recubrir con silano, un agente

orgánico para mejorar la unión y la resistencia a la humedad en compuestos de fibra de vidrio.

Similarmente, las fibras de carbono se recubren con un material orgánico para mejorar la unión.

Se han recubierto fibras de boro con carburo de silicio o nitruro de boro para mejorar la unión

con la matriz de aluminio; de hecho, a estas fibras se les llama fibras Borsic para indicar la

presencia del recubrimiento de carburo de silicio (SiC).

En cambio en los compuestos de matriz cerámica-fibra cerámica (CMC) ocurre lo

opuesto, es decir, a diferencia de los compuestos de matriz polimérica y metálica, es necesaria

una mala unión en vez de una buena. En consecuencia, es vital el control de la estructura de la

interfase.

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Los refuerzos de fibra mejoran de varias maneras la tenacidad de la matriz cerámica.

Primero, una grieta que se mueva a través de la matriz encuentra una fibra, si la unión entre la

matriz y la fibra no es buena, la grieta se ve obligada a propagarse alrededor de la fibra, a fin de

continuar el proceso de fractura. Además, una mala unión permite que la fibra empiece a

separarse de la matriz. Ambos procesos consumen energía, incrementando, por lo tanto, la

tenacidad a la fractura. Finalmente, al iniciarse la grieta en la matriz, fibras aún no rotas pueden

formar un puente sobre la grieta, proporcionando un esfuerzo compresivo, que evita que la grieta

se abra.

Ventajas y desventajas de los materiales compuestos

Ventajas

1. Las resistencias específicas de los materiales compuestos pueden ser hasta cinco veces

mayores que las de las aleaciones de acero de alta resistencia.

2. Los valores de módulo específico, para los materiales compuestos, pueden ser hasta ocho

veces mayores que los del acero, aluminio o aleaciones de titanio.

3. En forma típica, los materiales compuestos funcionan mejor que el acero o el aluminio en

aplicaciones en las que las cargas cíclicas pueden causar el potencial de falla por fatiga.

4. Cuando se esperan cargas de impacto y vibraciones, los materiales compuestos se pueden

formular en forma especial, con materiales que produzcan alta tenacidad y un alto nivel de

amortiguamiento.

5. Algunos materiales compuestos tienen una mayor resistencia al desgaste que la de los metales

6. Con una selección cuidadosa de los materiales de matriz y de los refuerzos se puede obtener

una resistencia a la corrosión superior.

7. Los cambios dimensionales debido a cambios de temperatura son, en el caso típico, mucho

menores en los materiales compuestos que en los metales.

8- Ya que los materiales compuestos tienen propiedades muy direccionales, los diseñadores

pueden adaptar el tendido de las fibras de refuerzo en las direcciones que produzcan la

resistencia y rigidez necesarias, bajo las condiciones específicas de carga que se vayan a

encontrar.

9. Las estructuras de materiales compuestos se pueden fabricar con frecuencia en formas

complicadas, de una pieza, para entonces reducir la cantidad de piezas en un producto y la

cantidad de operaciones de atornillado necesarias. En el caso típico, la eliminación de juntas

mejora también la fiabilidad de esas estructuras.

10. Las estructuras de material compuesto se fabrican en forma directa con su forma final, o en

una forma casi neta, con lo que se reduce la cantidad de operaciones secundarias necesarias.

Desventajas

Los diseñadores deben balancear muchas de las propiedades de los materiales en sus diseños y al

mismo tiempo considerar las operaciones de manufactura, costos, seguridad, duración y servicio

del producto. Algunas de las principales desventajas de usar materiales compuestos son:

1. Los costos de materiales compuestos suelen ser mayores que los de muchos materiales

aleados.

2. Las técnicas de fabricación son muy distintas a las que se usan para conformar los metales.

Se podrá necesitar de nuevos equipos de fabricación, junto con más capacitación a los

operadores de producción.

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3. El desempeño de los productos fabricados con algunas técnicas de producción de materiales

compuestos está sujeto a un intervalo de variabilidad mayor que el de los productos fabricados

con la mayor parte de las técnicas de fabricación de metales.

4. Los límites de temperatura de funcionamiento para los materiales compuestos que tienen

matriz de polímero suelen ser de 500°F (260°C). (Pero los materiales compuestos con matriz de

cerámica o de metal pueden manejarse a mayores temperaturas, como las que se encuentran en

los motores de combustión.)

5. Las propiedades de los materiales compuestos no son isotrópicas: las propiedades varían

mucho con la dirección de las cargas aplicadas. Los diseñadores deben considerar esas

variaciones, para asegurar la seguridad y el funcionamiento satisfactorio bajo toda clase de

cargas esperadas.

6. En este momento, muchos diseñadores no comprenden el comportamiento de los materiales

compuestos y los detalles de la predicción de los modos de falla. Mientras que se han hecho

grandes progresos en ciertas industrias, como la aeroespacial o la de equipos recreativos, existe

la necesidad de comprender mejor en general el diseño con materiales compuestos.

7. El análisis de las estructuras compuestas requiere un conocimiento detallado de más

propiedades de los materiales que las que son necesarias en los metales.

8. La inspección y la prueba de estructuras compuestas suelen ser más complicadas y menos

precisas que en las estructuras metálicas. Se necesitarán técnicas no destructivas especiales para

asegurar que no haya grandes huecos en el producto final, que puedan debilitar gravemente su

estructura. Además, se necesitarán pruebas de la estructura completa, más que probar sólo una

muestra del material, por la interacción de las diversas partes entre sí y por la direccionalidad de

las propiedades del material.

9. Preocupan mucho la reparación y el mantenimiento de las estructuras compuestas. Algunas

de las técnicas iniciales de producción requieren ambientes especiales de temperatura y presión

que pueden ser difíciles de reproducir en el campo, cuando se requiere reparar un daño. También

se puede dificultar la adhesión de una zona reparada a la estructura primitiva.

MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ METÁLICA

Los materiales compuestos de matriz metálica consisten en una base metálica que se

refuerza con uno o más constituyentes, como fibras continuas de grafito, alúmina, carburo de

silicio o fibra de boro y materiales de grafito o cerámicos de forma de partículas o whiskers.

En el caso de materiales compuestos reforzados con fibras continuas, la fibra es el

constituyente dominante y la matriz metálica sirve como vehículo para transmitir la carga a la

fibra de refuerzo.

Los materiales compuestos que incorporan refuerzos discontinuos, son materiales donde

la matriz es el constituyente dominante, formando una estructura endurecida por una dispersión

de un material de refuerzo.

Las propiedades óptimas se pueden lograr en materiales compuestos de fibras continuas

cuando estas se orientan en una dirección determinada. Los materiales compuestos reforzados

con partículas o whiskers tienden a un comportamiento isotrópico.

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Matriz metálica con fibras continúas de boro

Es la fibra de refuerzo de mayor resistencia que se utiliza en aplicaciones de materiales de

matriz metálica. La producción de materiales compuestos de aluminio reforzado con fibras de

boro ha tenido un éxito aceptable. En la obtención de materiales compuestos de titanio reforzado

con fibras de boro, esta se somete a severas condiciones que degradan su rigidez y resistencia.

El proceso básico de fabricación consiste en una compresión en caliente de las fibras

ordenadas entre las dos hojas de metal, a elevada presión. Las hojas se deforman alrededor de las

fibras logrando la adhesión de las fibras al metal.

Las propiedades paralelas a la dirección de la fibra son aportadas principalmente por ésta

última, mientras que las propiedades transversales son aportadas por la matriz. Puesto que las

fibras dominan en la dirección longitudinal, sus propiedades son muy elevadas mientras que las

propiedades en la dirección transversal son mucho más bajas. Las propiedades mecánicas de

estos materiales compuestos son dependientes con la temperatura del medio. Los materiales

compuestos de una matriz metálica con fibra de boro se caracterizan por su alta resistencia y

rigidez (en tracción, compresión y flexión), bajo peso, alta conductividad térmica, bajo

coeficiente de expansión térmica, y relativamente alta temperatura de operación.

Aplicaciones: Parte superficial de las alas de los aviones, apoyos estructurales, componente de

dispositivo de aterrizaje.

Matriz metálica con fibras de carburo silicio

Los materiales compuestos con aluminio pueden consolidarse utilizando procesos menos

complicados a altas temperaturas como la fundición. La fundición se realiza con el proceso de

cera perdida. La fibra de SiC se introducen en un molde utilizando los tejidos (fibras)

previamente obtenidos ya sea situando los tejidos sobre la réplica de cera simplemente abriendo

el molde o insertando los tejidos en la cavidad una vez que la cera ha sido eliminada. La

fundición a cera perdida permita lograr formas muy complejas con precisión.

Aplicaciones: la principal área de interés son estructuras de alto requerimiento como los aviones,

misiles y motores. Elementos en sujeción en puentes desmontables o portátiles, se realizan en

SiC-Al con el objeto de reducir su peso.

Matriz metálica reforzada con fibras de grafito

La fibra de grafito se ha utilizado generalmente como refuerzos continuos en materiales

compuestos de matriz metálica que dan lugar al máximo valor en propiedades como la rigidez o

resistencia.

La fundición de materiales compuestos de matriz metálica con fibras continuas de grafito,

es una tecnología de fabricación apropiada especialmente cuando estos materiales han de usarse

en piezas de forma geométrica compleja. En fundición no se produce un de matriz metálica

como precursor sino que las fibras son primeramente dispuestas en la configuración deseada y

situadas en el molde de fundición.

Matriz metálica reforzada con fibras de oxido de aluminio

Los materiales compuestos de matriz metálica reforzados con fibras de oxido de

aluminio, son materiales importantes para aplicaciones donde el peso es importante y además se

trabaja a altas temperaturas. Al ser las fibras del oxido de aluminio son inertes a la oxidación y al

ataque químico. El oxido de aluminio posee buenas propiedades mecánicas debido a que la

resistencia y la rigidez permanecen a elevadas temperaturas. La fabricación del material

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compuesto con este tipo de fibras suele realizarse por fundición.

Matriz metálica reforzada con fibras de tungsteno

El uso de fibras continúas de tungsteno para reforzar materiales compuestos proporciona

un adictivo fuerte y rígido a la matriz del material, y una inherente capacidad a altas

temperaturas, gran ductilidad y una alta conductividad térmica. La aplicación de materiales

compuestos con refuerzo de tungsteno es apropiado particularmente para estructuras con carga

altamente orientado como los alabes de turbina

Matriz metálica con refuerzo discontinuo

Los materiales compuestos de matriz metálica y discontinuamente reforzados son un tipo

de materiales que exhiben una mezcla de las propiedades del refuerzo. Los refuerzos pueden ser

partículas ultrarresistentes (whiskers), fibras cortas o partículas. Cada tipo de refuerzo tiene

atributos como sus propiedades o el costo.

Matriz metálica reforzada con whiskers

Los materiales compuestos de matriz metálica reforzados con whiskers son una categoría

distinta de materiales avanzados en ingeniería que proporcionan ventajas diferentes y únicas

sobre las aleaciones convencionales en muchas aplicaciones de altas prestaciones.

Matriz metálica con fibras cortas cerámicas

La característica de las fibras cortas posibilita el uso total o selectivo del refuerzo y el

desarrollo de propiedades isótropas o anisótropas en el material. Algunas propiedades claves que

pueden ser modificables mediante la adicción de fibras cortas son: la expansión térmica,

conductividad térmica, características de amortiguamiento, limite de endurecimiento a fatiga y

resistencia superficial.

MATERIALES COMPUESTOS CON MATRIZ CERÁMICA

Estos materiales compuestos contienen fibras cerámicas en una matriz cerámica. Mejoran

la resistencia y tenacidad a la fractura en comparación con los productos cerámicos

convencionales.

Matriz cerámica de carbono con refuerzo de carbono

Los compuestos carbono-carbono se utilizan para obtener una extraordinaria resistencia a

la temperatura en aplicaciones aerospaciales. Estos compuestos pueden operar a temperaturas de

hasta 3000°C y, de hecho, son más resistentes a altas temperaturas que a bajas temperaturas. Los

compuestos carbono-carbono se fabrican formando un tejido de poliacrilonitrilo o de fibra de

carbono en un molde, y a continuación impregnándolo con una resina orgánica como la resina

fenólica. La pieza se piroliza para convertir la resina fenólica en carbono. El compuesto, que

todavía está blando y poroso, se impregna y piroliza varias veces más, incrementando de manera

continúa su densidad, resistencia y rigidez. Finalmente la pieza se recubre con carburo de silicio,

para proteger el compuesto carbono-carbono contra la oxidación.

Aplicaciones: éstos compuestos se han utilizado como conos de nariz y primero, bordes de

vehículos aerospaciales de alto rendimiento como el trasbordador espacial, o como discos de

freno en vehículos de carrera y en aeronaves comerciales a reacción.

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Matriz cerámica reforzada con fibra continúa.

Las dos clases de fibra continua que han sido usados para los CMC son carburo de silicio y

óxido de aluminio. En uno de los procesos para fabricar material compuesto con matriz

cerámica, se entrelazan las fibras de SiC en una malla y luego se deposita por medio de vapor el

componente químico deseado para impregnar el SiC dentro de la malla fibrosa. En otro proceso,

las fibras de SiC son encapsuladas por un material de vitro-cerámica.

Aplicaciones: éstos materiales encuentran utilidad en tubos cambiadores de calor, sistemas de

protección térmica y materiales para ambientes de corrosión-erosión.

Matriz cerámica con reforzados discontinuos (triquitas o whiskers) o partículas.

Las triquitas de cerámica pueden incrementar significativamente la tenacidad a la fractura

de los cerámicos monolíticos. La adición de un 20 por 100 en volumen de triquitas de SiC a

alúmina puede incrementar la tenacidad en la fractura del cerámico de alúmina desde 4,5 a 8,5

MPa^m. Los materiales de matriz cerámica con refuerzo a base de partículas y fibras cortas

tienen la ventaja de que pueden ser fabricados por procesos cerámicos comunes tales como la

compresión isostática en caliente (HIPing).

Bibliografía

- Fundamentos De La Ciencia e Ingenieria De Materiales, Smith William

- Ciencia e Ingeniería de los materiales, Donald R. Askeland

- Diseño de Elementos de Máquinas, Robert L. Mott