MATERIALES COMPUESTOS

MATERIALES COMPUESTOS
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DIAPOSITIVA 1
Los materiales compuestos se producen cuando dos materiales se unen
para dar una combinación de propiedades que no pueden ser obtenidas en los
materiales originales.
Estos materiales pueden seleccionarse para proporcionar combinaciones
poco usuales de rigidez, resistencia, peso, resistencia a altas temperaturas, a
la corrosión, dureza o conductividad.
Existen tres tipos:
- Particulados
- Fibrosos
- Laminares
Esta clasificación se hace atendiendo a la forma de los materiales.
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DIAPOSITIVA 3
MATERIALES PARTICULADOS
Están compuestos por partículas de un material duro y frágil dispersas
discreta y uniformemente, rodeadas por una matriz más blanda y dúctil.
La estructura recuerda a la de muchas aleaciones metálicas de dos
fases, sin embargo en estos materiales las partículas se introducen mediante
un proceso mecánico.
Tipos:
a) Endurecidos por dispersión
b) Particulados verdaderos
Esta clasificación se basa en el tamaño y cantidad de las partículas que
influyen en las propiedades del compuesto.
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DIAPOSITIVA 4
ENDURECIDOS POR DISPERSIÓN
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Pequeño porcentaje de partículas
Tamaño de partícula pequeño (100-2500 A)
Aumento de dureza
Esto es debido al pequeño tamaño de las partículas que obstaculizan el
movimiento de las dislocaciones.
Comparación de un compuesto endurecido por dispersión ( PAS: Al +
14% de Al2O3 utilizado en reactores nucleares) con aleaciones metálicas.
A temperatura ambiente estos compuestos no son más resistentes que
las aleaciones metálicas, sin embargo debido a que estos compuestos no se
ablandan catastróficamente su resistencia decrece gradualmente con el
aumento de la temperatura. Mientras que su temofluencia es superior a las de
los metales y aleaciones.
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DIAPOSITIVA 5
PARTICULADOS VERDADEROS
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Partículas de gran tamaño
Elevado porcentaje de partículas
Menor dureza
Aquí el mayor tamaño de partícula no dificulta el movimiento de las
dislocaciones.
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Regla de las Mezclas:
Ciertas propiedades de los compuestos particulados se deben únicamente a
las cantidades y propiedades relativas de cada constituyente. Se utiliza para
predecir determinadas propiedades de los compuestos como la densidad.
C  f i i
fi fracción de volumen de cada componente
i densidad de cada componente
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Ejemplos:
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Carburos cementados: WC (Carburo de Wolframio) utilizado para corte
de aceros.
Polímeros: ABS ( plástico de gran dureza) y el negro de carbono
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DIAPOSITIVA 6
MATERIALES FIBROSOS
Se forman por la introducción de fibras fuertes, rígidas, y frágiles dentro
de una matriz más blanda y dúctil.
Se mejora la resistencia y rigidez del material
El material de la matriz transmite la fuerza a las fibras y proporciona
ductilidad y tenacidad, mientras que las fibras soportan la mayor parte de la
fuerza aplicada.
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DIAPOSITIVA 7
Regla de las mezclas: predice la densidad, conductividad térmica y eléctrica y
el módulo de elasticidad.
Ec  f m Em  f f E f
Em Elasticidad de la matriz
Ef Elasticidad de las fibras
Esta es la curva esfuerzo-deformación para un compuesto reforzado con fibras.
A bajos esfuerzos el modulo de elasticidad viene dado por la regla de las
mezclas (parte lineal) y a esfuerzos mayores la matriz se deforma, perdiéndose
la linealidad, por lo que la regla de las mezclas no se cumple. En este caso el
modulo se calcula:
Ec  f f E f
Si la carga se aplica perpendicularmente a las fibras, el modulo es:
ff
f
1
 m
Ec Em E f
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DIAPOSITIVA 8
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Características:
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Relación de aspecto ( l/d (l) longitud (d) diámetro):
Al aumentar esta relación, aumenta la resistencia.
Las fibras continuas dan mayor resistencia pero son más difíciles de
introducir en la matriz. Con las discontinuas es más fácil pero dan una
menor resistencia debido a que tienen una relación de aspecto menor. Esto
se mejora disminuyendo el diámetro de las fibras.
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Fracción volumétrica de fibras:
Cuando todas las fibras tienen la misma dirección, la rigidez y resistencia
son máximas en la dirección de las fibras, pero las propiedades son
anisotrópicas. Si las fibras están entrecruzadas tenemos una menor rigidez y
resistencia, pero las propiedades son más homogéneas.
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DIAPOSITIVA 9
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DIAPOSITIVA 10
COMPUESTOS LAMINARES
Los compuestos laminares incluyen laminados, recubrimientos más
gruesos, metales de revestimiento, bimetales y muchos otros.
Son diseñados para mejorar la resistencia a la corrosión y al desgaste,
manteniendo un bajo costo
Regla de las mezclas: predice propiedades como densidad,
conductividad eléctrica y térmica y el módulo de elasticidad.
Sin embargo muchas propiedades importantes como la resistencia a la
corrosión y al desgaste dependen principalmente de un solo componente del
compuesto, por lo que la regla de las mezclas no se cumple.
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DIAPOSITIVA 11
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Tipos
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Laminados: capas de materiales unidos por adhesivo orgánico. Ej.
Madera contrachapada
Recubrimientos duros: Capas superficiales duras resistentes al desgaste
depositadas sobre materiales mas duros y dúctiles. Ej: Carburo de
Wolframio
Metales de revestimiento: compuestos metal-metal. Ej. Alclad
(combinación de aluminio puro y comercial con aleaciones de aluminio
de mayor resistencia, se usa para construcción de aeronaves y
cambiadores de calor)
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Bimetales: (son dos laminas metálicas unidas, de distinto material, que
poseen un coeficiente de dilatación diferente. Se usan como
termostatos)