MIGUEL ANGEL CHARRIA OSPINA.JUAN SEBASTIÁN VILLADA OSPINA.

BHRAYAN STEVEN DARAVIÑA.

MATERIALES COMPUESTOS

Índice

• TECNOLOGÍA Y CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES COMPUESTOS• COMPONENTES DE UN MATERIAL COMPUESTO• FASE DE REFUERZO• FASE DE REFUERZO INFILTRADA E INTERFASE • PROPIEDADES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS• OTRAS ESTRUCTURAS DE LOS COMPUESTOS• COMPUESTOS EN MATRIZ METÁLICA• CERMETS• COMPUESTO EN MATRIZ METÁLICA REFORZADO CON FIBRAS• COMPUESTO EN MATRIZ CERÁMICA• COMPUESTOS EN MATRIZ POLIMÉRICA• OTROS COMPUESTOS EN MATRIZ DE POLÍMERO• PROCESAMIENTO DE LOS MATERIALES COMPUESTOS.

TECNOLOGÍA Y CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES COMPUESTOS

• Un material compuesto consta de dos o mas fases distintas.

• Los materiales compuestos se pueden clasificar en varias formas.

• Tradicionales, y compuestos sintéticos.

COMPONENTES DE UN MATERIAL COMPUESTO

• Un material compuesto consiste en dos fases: una primaria y otra secundaria ( refuerzo).

• La fase matriz puede ser uno de los tres materiales básicos: polímeros, metálicos o cerámicos.

COMPONENTES DE UN MATERIAL COMPUESTO

• Compuestos en matriz metálica CMM .

• Compuestos en matriz cerámica (CMC).

• Compuestos en matriz de polímeros (CMP, PMC) .

La clasificación se puede aplicar tanto a los compuestos tradicionales como a los sintéticos.

Fase de refuerzos

• Las fases mas comunes incorporadas son: Fibras, partículas, y hojuelas.

• Las fibras: son filamentos de material de refuerzo, generalmente de sección transversal circular, aunque se usan algunas formas alternativas (tubular, rectangular, hexagonal)

Fase de refuerzos

Fase de refuerzos

• En los compuestos reforzados con fibras se usan variedad de materiales fibrosos entre ellos podemos encontrar: metales, cerámicos, polímeros, carbono y boro.

Fase de refuerzos

• tipos mas importantes de materiales para fibras:

• Fibra de vidrio, carbono, boro, kevlar 49, cerámicos, metal.

Fase de refuerzos

Fase de refuerzos

• Partículas y hojuelas : la distribución de partículas, en la matriz del compuesto es aleatoria, y por lo tanto la resistencia, y otras propiedades del material compuesto son generalmente isotrópicas.

• Hojuelas: son partículas bidimensionales, plaquetas pequeñas. Ejemplos: la mica

• ( silicato de potasio y aluminio) y el talco • ( Mg,Si4,O10,(OH)2 l) . Se usa como agente de

refuerzo de plásticos.

Fase de refuerzos : Fase infiltrada, La interfase.

Propiedades de los materiales compuestos

• En la selección de un material compuesto se busca generalmente una combinación optima de propiedades mas que una propiedad en particular.

• Las propiedades de un material compuesto se determina por tres factores :

• 1) Los materiales usados como fase componentes en el compuesto.

• 2) la forma geométrica de los componentes y la estructura resultante del sistema compuesto.

• 3) la manera en la cual las fases interactúan entre si.

Propiedades de los materiales compuestos

• Regla de las mezclas: • Mc = Mm + Mr. • Donde:• M= masa lb (kg), y los subíndices c, r, y m , indican el

compuesto, la matriz y las fases de refuerzo, respectivamente.• Vc = Vm + Vr + Vc • Donde:• V= volumen, pulg3 (cm3) , Vv = es el volumen de cualquier

vacio en el compuesto ejemplo: ( poros).• Dc = Mc / Vc = Mm + Mr. / Vc ( 1 ) • ( La densidad del compuesto es la masa dividida por el

volumen).

Propiedades de los materiales compuestos

• Como las sumas de la matriz y de la fase de refuerzo son sus densidades respectivas multiplicadas por sus volúmenes.

• Mm = Dm .Vm y Mr. = Dr. Vr • Podemos sustituir esos términos en la ecuación

( 1 ) y concluir que :• Dc = Fm Dm + Fr Dr.• Donde : • Fm= Vm / Vc y Fr = Vr / Vc • Son las fracciones volumétricas de la matriz y

las fases de refuerzo.

Propiedades de los materiales compuestos

• Compuestos reforzados con fibras: la determinación de las propiedades mecánicas de los compuestos a partir de las propiedades de sus constituyentes es comúnmente mas laborioso.

• Ec = Fm.Em + Fr. Er• Ec , Em y Er son módulos de elasticidad del

compuesto y de sus constituyentes, lb/pulg2(MPa), Fm y Fr son fracciones en volumen de la matriz y de la fase de refuerzo.

• Ec´= Em.Er / Fm.Er + Fr.Em

Propiedades de los materiales compuestos

Propiedades de los materiales compuestos

Otras estructuras de los compuestos

• Estructura laminar compuesta: consiste en dos o mas capas unidas para formar una pieza integral.

• Estructura sándwich : se distingue como un caso especial de estructura laminar compuesta.

Otras estructuras de los compuestos

Compuestos en matriz metálica

Compuestos en matriz metálica

Cermets

• Los Cermets pueden ser subdivididos en:

• Carburos cementados.• Cermets basados en óxidos. • Cermets de carburo de titanio.

Cermets

Carburos cementados.Cermets basados en óxidos.

Cermets

• Cermets de carburo de titanio.

Compuesto de matriz metálica reforzada con fibras

Compuesto de matriz cerámica

• CMC: consisten en una fase de cerámica primaria embebida con una segunda fase.

• Los materiales cerámicos que se usan como matriz incluyen:

• alúmina, carburo y Nitruro de boro, carb. Y nitr. De boro y de silicio, carburo de titanio.

• Fase de refuerzo: fibras cortas, fibras largas

Compuesto de matriz polimérica

Compuesto de matriz polimérica

• Polímeros reforzados con fibras : las fibras en los CPM, pueden ser varias formas:

• Discontinuas (cortadas), continuas o mallas.

• Principales materiales fibrosos:• El vidrio, el carbono, y el kevlar 49.• Fibras menos comunes: boro, carburo de

silicio, alúmina y aceros.

Compuesto de matriz polimérica

• Propiedades. • Alta relación de resistencia al peso.• Altas relaciones de modulo al peso.• Baja gravedad especifica.

Compuesto de matriz polimérica

• Aplicaciones .• Las industria aeroespacial.• La industria automotriz.

•

Otros compuestos en matriz polimérica

• Rellenos se dividen en:• Refuerzos• Extensores

• Las espumas de polímero:• Espuma de estireno.• Espuma de poliuretano.

Procesamiento de los materiales compuestos

• Método de Producción de fibras : • carbono, boro, y otros.• Técnicas de procesamiento para

fabricar componentes MMC, CMC.• Procesamiento de Cermets.

Conclusiones

1. Los materiales compuestos son aquellos que están formados por combinaciones de metales, cerámicos y polímeros. Las propiedades que se obtienen de estas combinaciones son superiores a la de los materiales que los forman por separado, lo que hace que su utilización cada vez sea más imponente sobre todo en aquellas piezas en las que se necesitan propiedades combinadas.

2. Las técnicas de producción para CMM se clasifican básicamente en cuatro tipos según el estado de la matriz durante el proceso: en estado líquido (fundición, infiltración), en estado sólido (pulvimetalurgía (PM), sinterización, prensado en caliente), en estado semisólido (compocasting) y en estado gaseoso (deposición de vapor, atomización, electrodeposición), éste último de poca difusión, pero bastante utilizado en la obtención de CMM para el sector electrónico.

3. La pulvimetalurgía es uno de los métodos más empleados para la obtención de materiales compuestos con matriz de aluminios, entre los pasos seguidos para la obtención de estos materiales se encuentran: Mezclado de los polvos, Compactado, Sinterizado y Acabado del producto.