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(DE WIKIPEDIA)
MATERIALES CERAMICOS
Los materiales cerámicos son inorgánicos , no metálicos y materiales hechos de compuestos de un metal y un no metal. Los materiales cerámicos pueden ser cristalino o cristalino parcialmente. Se forman por la acción del calor y el enfriamiento subsiguiente.[ 1 ] Clay fue uno de los primeros materiales utilizados para producir cerámica , pero muchos materiales cerámicos diferentes ahora se utilizan en productos domésticos, industriales y de construcción. Los materiales cerámicos tienden a ser fuerte, rígido, frágil, inerte químicamente, y no conductores de calor y electricidad, pero sus propiedades son muy variables. Por ejemplo, la porcelana se utiliza ampliamente para hacer que los aisladores eléctricos, pero algunos compuestos cerámicos son superconductores .
Una cerámica material puede ser definida como cualquier material cristalino inorgánico, compuesto de un metal y un no metal. Es sólido e inerte. Los materiales cerámicos son frágiles, duro, resistente a la compresión, débil en cizallamiento y la tensión. Ellos resistir la erosión química que se produce en un ambiente ácido o cáustico. En muchos casos, la erosión soportar partir del ácido y bases se le aplica. Cerámica generalmente puede soportar temperaturas muy elevadas, tales como temperaturas que van desde 1.000 ° C a 1.600 ° C (1.800 ° F a 3.000 ° F). Las excepciones incluyen materiales inorgánicos que no tienen oxígeno, tales como carburo de silicio. Glass, por definición, no es una cerámica, ya que es un sólido amorfo (no cristalino). Sin embargo, el vidrio implica varios pasos del proceso de cerámica y sus propiedades mecánicas comportan de manera similar a los materiales cerámicos.
Tipos de materiales cerámicos
Tradicionales materias primas cerámicas incluyen minerales de arcilla, tales como caolinita, materiales más recientes incluyen óxido de aluminio, más comúnmente conocido como alúmina. Los modernos materiales cerámicos, que están clasificados como materiales cerámicos avanzados, incluyen carburo de silicio y carburo de tungsteno . Ambos son valorados por su resistencia a la abrasión, y por lo tanto encuentran uso en aplicaciones tales como las placas de desgaste de equipos de trituración en operaciones de minería. Cerámica avanzada también se utilizan en la medicina, la industria eléctrica y electrónica.
[ edit ]cerámicas cristalinas
Materiales cerámicos cristalinos no son susceptibles a una gran variedad de procesamiento. Métodos para tratar con ellos tienden a caer en una de dos categorías - supeditar la cerámica en la forma deseada, mediante la reacción in situ, o por "formación" polvos en la forma deseada, y después de sinterización . para formar un cuerpo sólido de cerámica formando técnicas incluyen la configuración de la mano (incluyendo a veces un proceso de rotación llamado "tirar"), moldeo en barbotina , moldeo en cinta (usado para hacer condensadores de cerámica muy finas, etc), moldeo por inyección, prensado en seco, y otras variaciones. (Ver también técnicas de formación de cerámica. Los detalles de estos procesos se describen en los dos libros mencionados a continuación.) Algunos métodos utilizan un híbrido entre los dos enfoques.
[no cristalino cerámica
No cristalinos cerámica, siendo vasos, tienden a formarse a partir de masas fundidas. El vidrio se forma cuando sea totalmente fundido, por colada, o cuando en un estado de caramelo-como viscosidad, por métodos tales como soplado en un molde. Si posteriores tratamientos térmicos causar este cristal para convertirse en parte cristalino, el material resultante es conocido como una cerámica de vidrio .
[ ]Propiedades de la cerámica
Las propiedades físicas de cualquier sustancia cerámica son un resultado directo de su estructura cristalina y composición química. química del estado sólido revela la conexión fundamental entre la microestructura y las propiedades tales como las variaciones de densidad localizadas, distribución de tamaño de grano, el tipo de porosidad y el contenido de la segunda fase, la cual todo se puede correlacionar con propiedades cerámicas tales como resistencia mecánica σ por la ecuación de Hall-Petch, dureza , tenacidad , constante dieléctrica , y las ópticas propiedades exhibidas por materiales transparentes .
Las propiedades físicas de los compuestos químicos que proporcionan pruebas de composición química incluyen el olor, color, volumen, densidad (masa / volumen), punto de fusión, punto de ebullición, capacidad térmica, la forma física a temperatura ambiente (sólido, líquido o gas), dureza, porosidad , y el índice de refracción.
Ceramography es el arte y ciencia de la preparación, el examen y la evaluación de las microestructuras cerámicas. Evaluación y caracterización de microestructuras cerámicas a menudo se implementa en escalas espaciales similares a los usados comúnmente en el campo emergente de la nanotecnología: de decenas de angstroms (A) a decenas de micrómetros (micras). Esto es típicamente en alguna parte entre la longitud de onda mínima de la luz visible y el límite de resolución del ojo desnudo.
La microestructura incluye la mayoría de los granos, fases secundarias, bordes de grano, poros, micro-fisuras, defectos estructurales y microindentions dureza. La mayoría granel mecánicas, ópticas, propiedades térmicas, eléctricas y magnéticas se ven significativamente afectados por la microestructura observada. El método de fabricación y las condiciones del proceso se indican generalmente mediante la microestructura. La causa raíz de muchos fracasos de cerámica es evidente en la microestructura cortado y pulido. Las propiedades físicas que constituyen el campo de la ciencia de los materiales y de ingeniería incluyen los siguientes:
[ ]Propiedades mecánicas
Las propiedades mecánicas son importantes en los materiales estructurales y de construcción, así como tejidos textiles. Estos incluyen las muchas propiedades se utilizan para describir la resistencia de materiales tales como: elasticidad / plasticidad , resistencia a la tracción ,resistencia a la compresión , resistencia al corte , resistencia a la fractura y ductilidad (bajo en frágiles materiales), y dureza de indentación .
Mecánica de la fractura es el campo de la mecánica interesados en el estudio de la formación y posterior propagación de microfisuras en materiales. Utiliza métodos analíticos de la mecánica de sólidos para calcular la fuerza de accionamiento termodinámica en una grieta y los métodos experimentales de la mecánica de sólidos para caracterizar la resistencia del material a la fractura y un fallo catastrófico.
En la moderna ciencia de los materiales , mecánica de fractura es una herramienta importante en la mejora de las prestaciones mecánicas de los materiales y componentes. Se aplica la física de estrés y tensión , en particular las teorías de la elasticidad y plasticidad , a las microscópicas defectos cristalográficos que se encuentran en los materiales reales con el fin de predecir el fallo mecánico macroscópico de los órganos. Fractografía es ampliamente utilizado con la mecánica de fractura para entender las causas de los fracasos y también verificar los teóricos de fallo predicciones con los fracasos de la vida real.
Por lo tanto, ya que las grietas y otros defectos microestructurales puede reducir la resistencia de una estructura más allá de la que podría ser predicha por la teoría de los objetos cristalinos, una propiedad diferente del material-por encima y más allá convencional de fuerza que se necesita para describir la resistencia a la fractura de la ingeniería materiales. Esta es la razón de la necesidad de la mecánica de la fractura: la evaluación de la resistencia de estructuras defectuosas.
En este contexto, tenacidad a la fractura es una propiedad que describe la capacidad de un material que contiene una grieta para resistir la fractura, y es una de las propiedades más importantes de cualquier material para prácticamente todas las aplicaciones de diseño. Tenacidad a la fractura es una forma cuantitativa de expresar la resistencia de un material a frágil fractura cuando una grieta está presente. Si un material tiene un gran valor de tenacidad a la fractura es probable que someterse dúctil fractura. Fractura frágil es muy característica de los materiales con un valor de tenacidad a la fractura bajo. mecánica de la fractura , lo que conduce al concepto de resistencia a la fractura, se basó en gran medida en el trabajo de AA Griffith que, entre otras cosas, estudió el comportamiento de grietas en materiales frágiles. Esto describe "La cerámica es resistente a la compresión y débil en tensión"
Los materiales cerámicos son generalmente iónicos o covalentes materiales unidos, y puede ser cristalino o amorfo . Un material unido por cualquier tipo de enlace tiende a fracturarseantes de cualquier deformación plástica se lleva a cabo, lo que resulta en pobre tenacidad en estos materiales. Además, debido a que estos materiales tienden a ser porosa, los porosy otras imperfecciones microscópicas actúan como concentradores de esfuerzos , disminuyendo aún más la tenacidad, y la reducción de la resistencia a la tracción . Estos se combinan para dar fallos catastróficos , en oposición a los normalmente mucho más suave modos de fallo de metales.
Estos materiales sí muestran una deformación plástica . Sin embargo, debido a la estructura rígida de los materiales cristalinos, hay disponibles muy pocos sistemas de deslizamientode las dislocaciones a mover, y por lo que se deforman muy lentamente. Con los no cristalinos (vidriosos), los materiales, viscoso flujo es la fuente dominante de deformación plástica, y también es muy lento. Por lo tanto, descuidado en muchas aplicaciones de los materiales cerámicos.
Para superar el comportamiento frágil, el desarrollo material cerámico ha introducido la clase de compuestos de matriz cerámica , materiales de fibras cerámicas en la que están incrustados y con revestimientos específicos están formando puentes de fibra a través de cualquier fisura. Este mecanismo aumenta sustancialmente la resistencia a la fractura de la cerámica tales. Los frenos de disco de cerámica son, por ejemplo, utilizando un material compuesto de matriz cerámica fabricado con un proceso específico.
[ ]Propiedades eléctricas
[ ]SemiconductorEs
Algunas cerámicas son semiconductores . La mayoría de éstos son óxidos de metales de transición que son semiconductores II-VI, tales como óxido de zinc .
Si bien hay perspectivas de masa producting azul LED de óxido de zinc , ceramistas están más interesados en las propiedades eléctricas que muestran los efectos del límite de grano.
Uno de los más ampliamente utilizados de éstos es el varistor. Estos son dispositivos que exhiben la propiedad de que la resistencia cae bruscamente a un cierto umbral de tensión .Una vez que el voltaje a través del dispositivo alcanza el umbral, hay una ruptura de la estructura eléctrica en las proximidades de los límites de grano , lo que resulta en su resistencia eléctrica al pasar de varios megaohmios hasta unos pocos cientos de ohmios . La principal ventaja de estos es que pueden disipar una gran cantidad de energía, y se restablece auto - después de que el voltaje a través del dispositivo cae por debajo del umbral, su resistencia vuelve a ser alta.
Esto las hace ideales para la protección contra sobretensiones aplicaciones, como existe un control de la tensión de umbral y la tolerancia de la energía, que encuentran su uso en todo tipo de aplicaciones. La mejor demostración de su capacidad se puede encontrar en las subestaciones eléctricas , en los que se emplean para proteger la infraestructura de rayoshuelgas. Tienen una respuesta rápida, son de bajo mantenimiento, y no se degradan apreciablemente de uso, lo que los dispositivos virtualmente ideal para esta aplicación.
Cerámica semiconductora también son empleados como sensores de gas . Cuando varios gases se hacen pasar sobre una cerámica policristalina, sus cambios de resistencia eléctrica. Con la sintonización a las mezclas posibles de gas, dispositivos de muy bajo costo puede ser producido.
[ ]La superconductividad
En algunas condiciones, tales como temperatura extremadamente baja, algunas cerámicas muestran superconductividad de alta temperatura . La razón exacta de esto no se conoce, pero hay dos principales familias de superconductores cerámicos.
[ ]Ferroelectricidad y superseries
La piezoelectricidad , una relación entre la respuesta eléctrica y mecánica, es exhibida por un gran número de materiales cerámicos, incluyendo el cuarzo que se utiliza para medir el tiempo en relojes y otros aparatos electrónicos. Tales dispositivos utilizan ambas propiedades de materiales piezoeléctricos, uso de electricidad para producir un movimiento mecánico (encender el dispositivo) y luego usar este movimiento mecánico para producir electricidad (generación de una señal). La unidad de tiempo medido es el intervalo natural requerido para la electricidad que se convierte en energía mecánica y viceversa.
El efecto piezoeléctrico es generalmente más fuerte en materiales que también exhiben piroelectricidad , y todos los materiales piroeléctricos son también piezoeléctrico. Estos materiales pueden ser utilizados para convertir entre entre mecánica térmica, o energía eléctrica, por ejemplo, después de la síntesis en un horno, un cristal piroeléctrico dejó enfriar bajo ningún esfuerzo aplicado generalmente se acumula una carga estática de miles de voltios. Tales materiales se utilizan en sensores de movimiento , donde el aumento pequeño en la temperatura de un cuerpo caliente entrar en la habitación es suficiente para producir una tensión medible en el cristal.
A su vez, piroelectricidad se ve más fuertemente en materiales que visualizan también el efecto ferroeléctrico , en el que un dipolo eléctrico estable puede ser orientado o se invierte mediante la aplicación de un campo electrostático. Piroelectricidad es también una consecuencia necesaria de ferroelectricidad. Esto se puede utilizar para almacenar información encondensadores ferroeléctricos , elementos de RAM ferroeléctrico .
Los materiales más comunes son zirconato titanato de plomo y titanato de bario . Aparte de los usos mencionados anteriormente, su respuesta piezoeléctrica fuerte es explotada en el diseño de alta frecuencia altavoces , transductores de sonar , y actuadores para fuerza atómica y microscopios de efecto túnel .
[ ]termal coeficiente positivo
Los aumentos de temperatura pueden causar los bordes de grano para convertirse de repente aislante en algunos materiales semiconductores de cerámica, en su mayoría mezclas de metales pesados titanatos . La temperatura crítica de transición se puede ajustar en un amplio intervalo de variaciones en la química. En tales materiales, la corriente pasará a través del material hasta que el calentamiento Joule que aporta a la temperatura de transición, en cuyo momento el circuito será rota y la corriente de flujo cesará. Tales cerámicas se utilizan como elementos de calefacción auto-controlados en, por ejemplo, los circuitos de desempañador de la ventana trasera de automóviles.
A la temperatura de transición, el material dieléctrico respuesta llega a ser teóricamente infinita. Aunque la falta de control de la temperatura descartaría cualquier uso práctico del material cerca de su temperatura crítica, el efecto dieléctrico permanece excepcionalmente fuerte incluso a temperaturas mucho más altas. Titanatos con temperaturas críticas muy por debajo de la temperatura ambiente se han convertido en sinónimo de "cerámica" en el contexto de condensadores cerámicos precisamente por esta razón.
[r ]Propiedades ópticas
Materiales ópticamente transparentes centrarse en la respuesta de un material a ondas de luz entrantes de una gama de longitudes de onda. Frecuencia de filtros ópticos selectivos pueden utilizarse para alterar o mejorar el brillo y el contraste de una imagen digital. Guiada a través de la transmisión de ondas de luz de frecuencia selectiva guías de onda implica el campo emergente de la fibra óptica y la capacidad de ciertas composiciones vítreas como un medio de transmisión para un rango de frecuencias simultáneamente ( multi-modo de fibra óptica ) con poca o ninguna interferencia entre compitenlongitudes de onda o frecuencias. Esta resonante modo de energía y transmisión de datos vía electromagnética (luz) la propagación de ondas , aunque de baja potencia, es prácticamente sin pérdidas. Guías de ondas ópticas se utilizan como componentes en los circuitos integrados de ópticas (por ejemplo, diodos emisores de luz , LED) o como medio de transmisión en locales y de larga distancia de comunicación óptica sistemas. También de valor para el científico emergente materiales es la sensibilidad a la radiación de los materiales en la térmica de infrarrojos (IR) de la porción del espectro electromagnético. Esta capacidad de búsqueda de calor es responsable de fenómenos tan diversos como los ópticos de visión nocturna IR yluminiscencia .
Por lo tanto, existe una necesidad cada vez mayor en la militar sector, para materiales de alta resistencia robustos que tienen la capacidad de transmitirla luz ( ondas electromagnéticas ) en el visible (0,4 - 0,7 micrómetros) y mediados de infrarrojos (1 - 5 micrómetros) de las regiones el espectro . Estos materiales se necesitan para aplicaciones que requieren transparente armadura, incluyendo la próxima generación de alta velocidad de los misiles y las vainas, así como la protección contra artefactos explosivos improvisados (IED).
En la década de 1960, los científicos de General Electric (GE) descubrieron que bajo las condiciones de fabricación correctas, algunas cerámicas, especialmente de óxido de aluminio(alúmina), podría hacerse translúcido . Estos materiales translúcidos eran lo suficientemente transparente como para ser utilizado para contener la eléctrica plasma generado en altapresión de sodio lámparas de la calle. Durante las últimas dos décadas, otros tipos de cerámica transparente han sido desarrolladas para aplicaciones tales como conos de ojiva decalor que buscan misiles , ventanas de combate aviones y contadores de centelleo para computarizada tomografía escáneres .
A principios de 1970, Thomas Soules pionero modelos informáticos de transmisión de luz a través de alúmina cerámica translúcida. Su modelo muestra que microscópicos poros de cerámica, principalmente atrapados en las uniones de microcristalinas granos , causaron la luz para dispersar e impidió una verdadera transparencia. La fracción de volumen de estos poros microscópicos tenía que ser menor de 1% para la alta calidad de la transmisión óptica.
Esto es básicamente un tamaño de partícula efecto. opacidad resulta de la dispersión incoherente de la luz en las superficies y las interfaces . Además de los poros, la mayoría de las interfaces de un metal típico o son objeto de cerámica en forma de límites de grano que separan las regiones pequeñas de orden cristalino. Cuando el tamaño del centro de dispersión (o límite de grano) se reduce por debajo del tamaño de la longitud de onda de la luz que se dispersa, la dispersión ya no se produce en un grado significativo.
En la formación de policristalinas materiales ( metales y cerámica ) el tamaño de los cristalinos granos se determina en gran parte por el tamaño de los cristalinos partículas presentes en la materia prima durante la formación (o pulsando) del objeto. Además, el tamaño de los límites de grano escalas directamente con el tamaño de partícula. Así, una reducción del tamaño de partícula original por debajo de la longitud de onda de la luz visible (~ 0,5 micrómetros para onda corta violeta) elimina cualquier luz de dispersión , lo que resulta en unatransparente material.
Recientemente [ ¿cuándo? ] , los científicos japoneses han desarrollado técnicas para producir piezas de cerámica que rivalizan con la transparencia de los cristales tradicionales (crecido de una sola semilla) y superar la resistencia a la fractura de un solo cristal. [ cita requerida ] En particular, los científicos de los japoneses firma Konoshima Ltd., un fabricante de materiales de construcción cerámicos y productos químicos industriales, han estado buscando mercados para sus cerámicas transparentes.
Investigadores de Livermore se dio cuenta de que esta cerámica podría beneficiarse enormemente potentes láseres utilizados en el National Ignition Facility (NIF) Dirección de Programas. En particular, un equipo de investigadores de Livermore comenzó a adquirir avanzadas cerámicas transparentes de Konoshima para determinar si podrían cumplir con lasópticas requisitos necesarios para Solid-State de Livermore Laser Capacidad de Calor (SSHCL). [ cita requerida ] investigadores de Livermore también han estado probando las aplicaciones de estos materiales para aplicaciones tales como controladores avanzados de láser impulsados por fusión de las plantas de energía.
[ ]Ejemplos de materiales cerámicos
Hasta la década de 1950, los materiales cerámicos más importantes fueron (1) de cerámica , ladrillos y tejas , (2) los cementos y (3) de vidrio . Unmaterial compuesto de cerámica y de metal se conoce como cermet .
- Titanato de bario (a menudo mezclados con titanato de estroncio ) muestra ferroelectricidad , lo que significa que sus respuestas mecánicas, eléctricas y térmicas están acoplados el uno al otro y también depende de la historia. Es ampliamente utilizado en electromecánicostransductores cerámicos, condensadores y almacenamiento de datos elementos. límite de grano puede crear condiciones PTC efectos en los elementos de calefacción .
- Bismuto calcio estroncio óxido de cobre , un superconductor de alta temperatura
- El nitruro de boro es estructuralmente isoelectrónico de carbono y toma en formas físicas similares: un grafito uno-como se ha usado como unlubricante , y un diamante uno-como se ha usado como un abrasivo.
- Loza utilizado para las mercancías nacionales como platos y tazas.
- Ferrita se utiliza en los núcleos magnéticos de eléctricas transformadores y de memoria de núcleo magnético .
- Titanato de plomo zirconato (PZT) fue desarrollado en el Estados Unidos de la Oficina Nacional de Normas en 1954. PZT se usa como untransductor ultrasónico , ya que sus propiedades piezoeléctricas son muy superiores a las de sal de Rochelle. [ 2 ]
- Diboruro de magnesio ( Mg B 2 ) es un superconductor no convencional .
- Porcelana se utiliza para una amplia gama de productos de uso doméstico e industrial.
- Sialon ( oxinitruro de silicio de aluminio ) tiene alta resistencia, alta densidad térmica, los choques, resistencia química y al desgaste y baja.Estas cerámicas se utilizan en metales no ferrosos manipulación de metal fundido, pins de soldadura y la industria química.
- El carburo de silicio (SiC) se utiliza como un susceptor en los hornos de microondas, un abrasivo de uso común, y como un refractario material.
- El nitruro de silicio (Si 3 N 4 ) se utiliza como un abrasivo en polvo.
- Esteatita (silicatos de magnesio) se utiliza como un aislante eléctrico .
- El carburo de titanio utilizado en los transbordadores espaciales de reentrada escudos y relojes rayado.
- De óxido de uranio ( U O 2 ), que se utiliza como combustible en los reactores nucleares .
- Bario itrio óxido de cobre (Y Ba 2 Cu 3 O 7-x ), otra de alta temperatura superconductor .
- Óxido de cinc ( Zn O), que es un semiconductor , y se utiliza en la construcción de varistores .
- El dióxido de circonio (circonia), que en forma pura experimenta muchos cambios de fase entre la temperatura ambiente y prácticas de sinterización temperaturas, puede ser químicamente "estabilizado" en varias formas diferentes. Su alta oxígeno conductividad iónica se recomienda para su uso en pilas de combustible de automóviles y sensores de oxígeno . En otra variante, metastable estructuras pueden impartirendurecimiento de transformación para aplicaciones mecánicas, la mayoría de cuchillo de cerámica palas están hechas de este material.
- Zirconia parcialmente estabilizada (PSZ) es mucho menos frágiles que otros tipos de cerámica y se utiliza para el conformado de metales herramientas, válvulas y revestimientos, pastas abrasivas, cuchillos de cocina y rodamientos sometidos a abrasión severa. [ 3 ]
MATERIALES COMPUESTOS
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Los materiales compuestos son materiales de ingeniería, combinaciones
de materiales diversos como resinas epoxi, poliester, acrilicas,
poliuretanicas con materiales de refuerzo tales como fibras de carbono,
fibras de vidrio, fibras aramidicas, etc.
Sus propiedades son superiores a la simple suma de las propiedades de
sus componentes, por lo que dan por resultante materiales de
características excepcionales muy utilizados en la industria espacial,
aeronáutica, química, náutica, entre otras.
Un componente suele ser un agente reforzante como una fibra fuerte:
fibra de vidrio, cuarzo o fibra de carbono que proporciona al material
su fuerza a tracción, mientras que otro componente (llamado matriz) que
suele ser una resina como epóxica o poliéster que envuelve y liga las
fibras, transfiriendo la carga de las fibras rotas a las intactas y
entre las que no están alineadas con las líneas de tensión. También, a
menos que la matriz elegida sea especialmente flexible, evita el pandeo
de las fibras por compresión. Algunos compuestos utilizan un agregado en
lugar o en adición a las fibras.
De esta forma la matriz tiene un carácter continuo, mientras que el agente reforzante tiene un carácter discontinuo.
Las partes constitutivas de los materiales compuestos son:
Fibras de refuerzo: Pueden ser de vidrio, de carbono, o aramidicas y estar tejidas o no.
Las tejidas tienen el aspecto de una tela tipo de arpillera, en cambio las no tejidas son mantas con infinidad de hilos cortados en diferentes direcciones y aglomeradas con un ligante para que no se deshaga dicha manta.
Las tejidas tienen el aspecto de una tela tipo de arpillera, en cambio las no tejidas son mantas con infinidad de hilos cortados en diferentes direcciones y aglomeradas con un ligante para que no se deshaga dicha manta.
Resinas: Las de un uso mas generalizado son las poliester y epoxi, esta ultima tiene condiciones mecánicas extraordinarias.
Acelerador: Este elemento sirve para modificar la velocidad de reacción
en las resinas poliester. El de uso más común es Octoato de Cobalto, es
un liquido de color azul intenso.
Catalizador: Este producto es el encargado de la polimerización
(curado) de la resina, el más usual es Peróxido de Metil Etil Cetona, es
un liquido incoloro y no debe ponerse en contacto con el acelerador de
cobalto ya que genera una reacción exotérmica.
Gelcoat: Esta es la vista externa del plástico reforzado. Se trata de
una resina poliester especialmente formulada para resistir las
condiciones atmosféricas. El gelcoat tiene una muy alta resistencia a la
abrasión y confiere brillo y color a la pieza fabricada.
Diluyente: Su función es disminuir la viscosidad de la resina o del
gelcoat. El mas difundido se llama Monómero de Estireno, y, a diferencia
de lo que generalmente uno conoce por un diluyente, este se polimeriza
junto a la resina o el gelcoat, o sea, no se evapora como un solvente.
Un material compuesto es aquel formado por dos, o más, materiales distintos que presenta algunas propiedades físicas determinadas superiores a las de los materiales que lo constituyen. Ejemplos de estos tipos de materiales los encontramos en la antigüedad cuando el hombre
fabricaba, por ejemplo, adobes reforzados con paja, o en la propia naturaleza como es el caso de un nido de golondrina o un árbol. Fijémonos en este último ejemplo: en un árbol, las fibras de madera resisten los esfuerzos mecánicos a los que el árbol pudiera estar sometido en el caso de que soplara el viento, mientras que las resinas naturales configuran las formas de esas fibras, manteniéndolas unidas y sirviendo como medio transmisor de cargas de unas fibras a otras.
Otro ejemplo con el que estamos familiarizados es el hormigón armado; el hormigón, por si solo, resiste bien las tensiones de compresión, no así las de tracción; pero, sin embargo, el hormigón armado, gracias a las propiedades resistentes del acero en condiciones de tracción, hace que
se puedan realizar elementos estructurales que se encuentren sometidos a flexión, y por tanto, traccionados en alguna zona.
Material compuesto (tomado de wikipedia)
En ciencia de materiales reciben el nombre de materiales compuestos
aquellos materiales que se forman por la unión de dos materiales para
conseguir la combinación de propiedades que no es posible obtener en los
materiales originales. Estos compuestos pueden seleccionarse para
lograr combinaciones poco usuales de rigidez, resistencia, peso,
rendimiento a alta temperatura, resistencia a la corrosión, dureza o
conductividad [1]. Los materiales son compuestos cuando cumplen las
siguientes características:
- Están formados de 2 o más componentes distinguibles físicamente y separables mecánicamente.
- Presentan varias fases químicamente distintas, completamente insolubles entre sí y separadas por una interfase.
- Sus propiedades mecánicas son superiores a la simple suma de las propiedades de sus componentes (sinergia).
- No pertenecen a los materiales compuestos, aquellos materiales polifásicos; como las aleaciones metálicas, en las que mediante un tratamiento térmico se cambian la composición de las fases presentes[2]
Estos materiales nacen de la necesidad de obtener materiales que
combinen las propiedades de los cerámicos, los plásticos y los metales.
Por ejemplo en la industria del transporte son necesarios materiales
ligeros, rígidos, resistentes al impacto y que resistan bien la
corrosión y el desgaste, propiedades éstas que rara vez se dan juntas. A pesar de haberse obtenido materiales con unas propiedades
excepcionales, las aplicaciones prácticas se ven reducidas por algunos
factores que aumentan mucho su costo, como la dificultad de fabricación o
la incompatibilidad entre materiales.
La gran mayoría de los materiales compuestos son creados artificialmente pero algunos, como la madera y el hueso, aparecen en la naturaleza.
Estructura
Aunque existe una gran variedad de materiales compuestos, en todos se pueden distinguir las siguientes partes:- Agente reforzante: es una fase de carácter discreto y su geometría es fundamental a la hora de definir las propiedades mecánicas del material.
- Fase matriz o simplemente matriz: tiene carácter continuo y es la responsable de las propiedades físicas y químicas. Transmite los esfuerzos al agente reforzante. También lo protege y da cohesión al material.
Clasificación
Los materiales compuestos se pueden dividir en tres grandes grupos:Materiales Compuestos reforzados con partículas.
Están compuestos por partículas de un material duro y frágil dispersas discreta y uniformemente, rodeadas por una matriz más blanda y dúctilTipos: Compuestos endurecidos por dispersión Compuestos con partículas propiamente dichas
Compuestos endurecidos por dispersión El tamaño de la partícula es muy pequeño (diámetro entre 100 i 2500 μ). A temperaturas normales, estos compuestos no resultan más resistentes que las aleaciones, pero su resistencia disminuye inversamente con el aumento de la tempertura. Su resistencia a la termofluencia es superior a la de los metales y aleaciones.
Sus principales propiedades son:
- La fase es generalmente un óxido duro y estable.
- El agente debe tener propiedades físicas óptimas.
- No deben reaccionar químicamente el agente y la fase.
- Deben unirse correctamente los materiales.
Materiales Compuestos reforzados con fibras.
Un componente suele ser un agente reforzante como una fibra fuerte: fibra de vidrio, cuarzo, kevlar, Dyneema o fibra de carbono que proporciona al material su fuerza a tracción, mientras que otro componente (llamado matriz) que suele ser una resina como epoxy o poliéster que envuelve y liga las fibras, transfiriendo la carga de las fibras rotas a las intactas y entre las que no están alineadas con las líneas de tensión. También, a menos que la matriz elegida sea especialmente flexible, evita el pandeo de las fibras por compresión. Algunos compuestos utilizan un agregado en lugar de, o en adición a las fibras.En términos de fuerza, las fibras (responsables de las propiedades mecánicas) sirven para resistir la tracción, la matriz (responsable de las propiedades físicas y químicas) para resistir las deformaciones, y todos los materiales presentes sirven para resistir la compresión, incluyendo cualquier agregado.
Los golpes o los esfuerzos cíclicos pueden causar que las fibras se separen de la matriz, lo que se llama delaminación.
Materiales compuestos estructurales.
Están formados tanto por composites como por materiales sencillos y sus propiedades dependen fundamentalmente de la geometría y de su diseño. Los más abundantes son los laminares y los llamados paneles sandwich.Los laminares están formadas por paneles unidos entre si por algún tipo de adhesivo u otra unión. Lo más usual es que cada lámina esté reforzada con fibras y tenga una dirección preferente, más resistente a los esfuerzos. De esta manera obtenemos un material isótropo, uniendo varias capas marcadamente anisótropas. Es el caso, por ejemplo, de la madera contrachapada, en la que las direcciones de máxima resistencia forman entre sí ángulos rectos.
Los paneles sandwich consisten en dos láminas exteriores de elevada dureza y resistencia, (normalmente plásticos reforzados, aluminio o incluso titanio), separadas por un material menos denso y menos resistente, (polímeros espumosos, cauchos sintéticos, madera balsa o cementos inorgánicos). Estos materiales se utilizan con frecuencia en construcción, en la industria aeronáutica y en la fabricación de condensadores eléctricos multicapas.
Ejemplos de materiales compuestos
- Plásticos reforzados con fibra:
- Clasificados por el tipo de fibra:
- Madera (fibras de celulosa en una matriz de lignina y hemicelulosa)
- Plástico reforzado de fibra de carbono o CFRP o
- Plástico reforzado con vidrio (GRP, GFRP o, informalmente, "fibra de vidrio")
- Clasificados por la matriz:
- Termoplásticos reforzados por fibra larga.
- Termoplásticos tejidos de vidrio.
- Compuestos termoformados o termoestables.
- Clasificados por el tipo de fibra:
- Compuestos de matriz metálica o MMCs:
- Cermet (cerámica y metal).
- Fundición blanca.
- Metal duro (carburo en matriz metálica)
- Laminado metal-intermetal.
- Compuestos de matriz cerámica:
- Compuestos de matriz orgánica/agregado cerámico
- Madreperla o nácar
- Concreto asfáltico
- Madera mejorada
- Contrachapado
- Tableros de fibra orientada (OSB).
- Trex
- Weatherbest (fibra de madera reciclada en matriz de polietileno)
- Pycrete (serrín en matriz de hielo)
Procesos de fabricación
- Moldeo SMZ
- Moldeo por proyección
- Moldeo por vía húmeda ó contacto
- Apilado por bolsa de vacío
- Resine Transfer Moulding, RTM
- Vacuum Assisted Resine Transfer Moulding, VARTM
- Resine Infusion Moulding, RIM
- Filament Winding
- Fiber Placement
- Pultrusión
- Automatic Tape Laying, ATL
- Eb couring





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