TECNOLOGÍA Y CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES COMPUESTOS PDF

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Sabemos que el metal o cerámico en los que todos los granos tienen la misma estructura cristalina, o un polímero sin rellenos. Al combinar las fases, con los métodos por describirse, se crea un material nuevo con rendimiento agregado que supera al de sus partes. El efe...

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PROCESOS DE FABRICACION I

Universidad Mariano Gálvez de Guatemala Nombre: Francisco Javier García López No.carné:014-14-2759 Curso: Procesos de fabricación I

PREGUNTAS Y RESUMEN DEL CAPITULO 9

TECNOLOGÍA Y CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES COMPUESTOS Sabemos que el metal o cerámico en los que todos los granos tienen la misma estructura cristalina, o un polímero sin rellenos. Al combinar las fases, con los métodos por describirse, se crea un material nuevo con rendimiento agregado que supera al de sus partes. El efecto es sinérgico; Los materiales compuestos se pueden clasificar de varios modos. Una clasificación posible diferencia entre los compuestos: 1) tradicionales 2) los sintéticos Los compuestos tradicionales son aquellos que ocurren en la naturaleza o que han sido producidos por las civilizaciones durante muchos años. La madera es un material compuesto que se da en la naturaleza, en tanto que el concreto y el asfalto mezclado con grava son compuestos tradicionales que se usan en la construcción. Los compuestos sintéticos son sistemas de materiales modernos que se asocian normalmente con las industrias manufactureras, en los que primero se producen los componentes por separado y después se combinan de manera controlada para alcanzar la estructura, propiedades y forma de las piezas que se desea. Estos materiales sintéticos son los compuestos en que es normal pensar en el contexto de los productos manufacturados. En este capítulo la atención se centró en esta clase de materiales.

COMPONENTES DE UN MATERIAL COMPUESTO El sistema de clasificación para los materiales compuestos que se usa en este libro se basa en la fase de la matriz. A continuación se enlistan las clases: 1. Compuestos de matriz metálica (MMC): incluyen mezclas cerámicas y metales, tales como los carburos cementados y otros cermets, así como aluminio o magnesio reforzado por fibras fuertes de alta rigidez.

2. Compuestos de matriz cerámica (CMC): son los de la categoría menos común. El óxido de aluminio y el carburo de silicio son los materiales que es posible incrustar con fibras para mejorar sus propiedades, en especial en aplicaciones de temperatura elevada. 3. Compuestos de matriz de polímero (PMC).: Las resinas termo fijas son los polímeros de mayor uso como PMC. Es común mezclar epóxidos y poliéster con fibras de refuerzo, y se mezcla fenol con polvos. Con frecuencia, los compuestos de termoplástico moldeado son reforzados con polvos

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS En la selección de un material compuesto, en general se busca una combinación óptima de propiedades, en lugar de una propiedad en particular. Por ejemplo, el fuselaje y alas de una aeronave deben ser tanto ligeros como fuertes, rígidos y tenaces. Es difícil encontrar un material monolítico que satisfaga estos requerimientos. Son varios polímeros reforzados con fibra los que poseen esta combinación de propiedades. nota: Podemos tomar de ejemplo un material como el caucho. El caucho en sí es un aditivo útil para el poliestireno. Una de las propiedades distintivas y desventajosas del poliestireno es su fragilidad. Aunque la mayoría de otros polímeros tiene una ductilidad considerable, el PS no tiene virtualmente ninguna. Se agregan cantidades pequeñas (5 a 15%) de caucho (natural o sintético) para obtener poliestireno de alto impacto, que es más tenaz y resistente a los impactos. Las propiedades de un material compuesto están determinadas por tres factores: 1) los materiales que se emplean como fases constituyentes en el compuesto 2) formas geométricas de los constituyentes y estructura resultante del sistema compuesto y 3) la manera en que las fases interactúan una con otra.

COMPUESTOS DE MATRIZ METALICA Los compuestos de matriz metálica (MMC, por sus siglas en inglés) consisten en una matriz de metal reforzada por una segunda fase. Es común que las fases reforzadoras incluyan 1) partículas de cerámica 2) fibras de materiales diversos, que incluyen otros metales, cerámicos, carbono y boro;Es común denominar a los MMC del primer tipo como cermet.

CERMET Un cermet1 es un material compuesto en el que un cerámico está contenido en una matriz metálica. Es frecuente que el cerámico domine la mezcla, pues a veces su volumen llega a ser de hasta 96%. El enlace puede mejorarse por medio de una solubilidad ligera entre las fases a temperaturas elevadas que se utilizan para procesar estos compuestos. Los cermets se dividen en 1) carburos cementados 2) cermets con base en óxidos. Los Carburos cementados Los carburos cementados están integrados de uno o más compuestos de carburo enlazados en una matriz metálica. El término cermet no se emplea para todos estos materiales, aun cuando es técnicamente correcto. Los carburos cementados comunes se basan en los carburos de tungsteno (WC), de titano (TiC) y de cromo (Cr 3C2). También se emplea el carburo de tantalio (TaC) y otros, pero son menos comunes. Los aglutinantes metálicos principales son el cobalto y el níquel. Ya se estudiaron los cerámicos de carburo (véase la sección 7.3.2); constituyen el ingrediente principal de los carburos cementados, y es común que su contenido varíe de 80% a 95% del peso total. Las piezas de carburo cementado se producen con técnicas de procesamiento de partículas (véase la sección 17.3). El cobalto es el aglutinante que se utiliza para el WC (véase la figura 9.8), y el níquel es el más común para el TiC y el Cr 3C2. Aun cuando el aglutinante constituye sólo 5% a 15%, su efecto sobre las propiedades mecánicas es significativo en el material compuesto. Si se utiliza el WC-Co como ejemplo, se ve que conforme se incrementa el porcentaje de Co la dureza disminuye y la resistencia transversal a la ruptura (TRS) aumenta, como se aprecia en la figura 9.9. La TRS se correlaciona con la rigidez del compuesto de WC-Co. Las herramientas de corte son la aplicación más común de los carburos cementados, con base en el carburo de tungsteno. Otras aplicaciones de los carburos cementados de WC-Co incluyen los dados para estirar alambre, brocas para taladros de roca y otras herramientas de minería, troqueles para metalurgia de polvos, indentadores para probadores de dureza

COMPUESTOS DE MATRIZ METALICA DE FIBRA REFORZADA Estos combinan la resistencia a la tensión y el módulo de elasticidad elevados de una fibra con metales de densidad baja, lo que arroja buenas relaciones de resistencia peso y módulo a peso para el material compuesto que resulta. Los metales comunes que se emplean como matriz de densidad baja son el aluminio, magnesio y titanio. Algunos de los materiales de fibra importantes que se emplean en los compuestos son el Al2O3, boro, carbono y SiC. Como era de esperarse, las propiedades de los MMC de fibra reforzada son anisotrópicos.

La resistencia máxima a la tensión en la dirección preferente se obtiene con el empleo de fibras continuas enlazadas con fuerza a la matriz metálica. El módulo de elasticidad y la resistencia a la tensión del material compuesto se incrementan con el aumento del volumen de las fibras. Los MMC con refuerzo de fibra tienen propiedades buenas de resistencia a temperaturas elevadas; y son buenos conductores eléctricos térmicos. Lasaplicaciones han sido sobre todo componentes de maquinaria y turbinas de aviones, en las que se aprovechan esas propiedades.

POLIMEROS DE FIBRA REFORZADA Es un material compuesto que consiste en una matriz de polímero incrustada con fibras de alta resistencia. Por lo general, la matriz de polímero es un plástico termofijo, como el poliéster insaturado o epóxico, pero también se emplean los polímeros termoplásticos, tales como los naylons (poliamidas), policarbonato, poliestireno y cloruro de polivinilo. Además, los elastómeros también se refuerzan con fibras para productos de caucho tales como llantas y bandas transportadoras. Las fibras de los CMP adoptan formas diversas: discontinua (en trozos), continua o tejido como tela. Los materiales principales de la fibra en los FRP son el vidrio, el carbono y el Kevlar 49. Las fibras menos comunes incluyen el boro, SiC y Al2O3, y el acero. El vidrio (en particular el vidrio E) es el material de fibra más común en los FRP de hoy; su uso como reforzador de plásticos data de 1920, aproximadamente. El término compuestos avanzados se emplea en ocasiones en relación con los FRP desarrollados a partir del final de la década de 1960 y que emplean boro, carbono o Kevlar como fibras reforzadoras [12]. La matriz de polímero más común es epóxica. Estos compuestos por lo general tienen alto contenido de fibras (más de 50% del volumen) y poseen elevadas resistencia y módulo de elasticidad. Cuando se combinan Los o más materiales de fibra en el compuesto FRP, se denomina compuesto híbrido. Las ventajas de los híbridos sobre los FRP convencionales o avanzados incluyen el balance entre la resistencia y la rigidez, tenacidad y resistencia al impacto mejoradas,y peso reducido [11]. Los compuestos avanzados e híbridos se utilizan en aplicaciones aeroespaciales.

PREGUNTAS DE REPASO CAPITULO 9 9.1. ¿Qué es un material compuesto? Un material compuesto es un sistema de materiales que consiste en dos o más colores distintosla combinación da como resultado propiedades que difieren de las de sus componentes. 9.2. Identifique algunas de las propiedades características de losmateriales compuestos. Las propiedades típicas incluyen (1) alta relación resistencia / peso y rigidez / peso; (2)buenas propiedades de fatiga y dureza; (3) propiedades anisotrópicas en muchos casos; y (4) otropropiedades y características que son difíciles o imposibles de obtener con metales, cerámicas o solo polímeros. 9.3. ¿Qué significa el término anisotrópico? Anisotrópico significa que las propiedades de un material varían según la dirección en la queellos son medidos. 9.4. ¿Cómo se distinguen los compuestos tradicionales de lossintéticos? Los compuestos tradicionales se han utilizado durante décadas o siglos; AlgunosDe fuentes en la naturaleza, como la madera. Compuestos sintéticos son fabricados. 9.5. Mencione las tres categorías básicas de materiales compuestos.

Compuestos de matriz metálica (MMC), compuestos de matriz cerámica (CMC) y matriz depolímerocompuestos (PMCs). 9.6. ¿Cuáles son las formas comunes de la fase de refuerzo enlos materiales compuestos? Las formas son: (1) fibras, (2) partículas y escamas, y (3) una fase infiltrada en el esqueletoestructuras. 9.7. ¿Qué es un filamento? Un filamento es un cristal delgado y peludo de muy alta resistencia. 9.8. ¿Cuáles son las dos formas de la estructura de emparedadoentre las estructuras de compuestos laminares? Describacon brevedad cada una. Las dos formas son (1) sándwich de núcleo espumoso, en el que el núcleo es espuma de polímeroentredos pieles sólidas; y (2) nido de abeja, en el que el núcleo es una estructura de panal intercaladaentredos pieles sólidas. 9.9. Dé algunos ejemplos de productos comerciales que seanestructuras compuestas laminares. Los ejemplos que figuran en la Tabla 9.2 son neumáticos de automóviles, estructuras tiposándwich de panal de abejas, fibraestructuras de polímero reforzado, como cascos de barcos, madera contrachapada, placas decircuitos impresos, esquís de nieve hechosde polímeros reforzados con fibra y parabrisas. 9.10. ¿Cuáles son los tres factores generales que determinan laspropiedades de un material compuesto? Se dan tres factores en el texto: (1) los materiales componentes; (2) las formas geométricas delos constituyentes, la fase de refuerzo en particular, y la estructura resultante del material; y(3) la interacción de las fases. 9.11. ¿Cuál es la regla de las mezclas? La regla de las mezclas se aplica a ciertas propiedades de los materiales compuestos; declara que elel valor de la propiedad es un promedio ponderado de los valores de las propiedades de loscomponentes, siendo la ponderaciónpor proporciones de los componentes en el compuesto. 9.12. ¿Qué es un cermet? Un cermet es un material compuesto que consiste en una cerámica y un metal. En el texto, esdefinido como un compuesto que consiste en granos de cerámica incrustados en una matrizmetálica. 9.13. ¿Qué clase de compuestos son los carburos cementados?

Un carburo cementado es un cermet; aunque la industria del carburo cementado no generalmentepensar en carburos cementados como cermet, se ajustan a la definición. 9.14. ¿Cuáles son algunas de las debilidades de los cerámicos quepueden corregirse en los compuestos de matriz cerámicareforzados con fibra? Las debilidades de la cerámica incluyen baja resistencia a la tracción, poca tenacidad ysusceptibilidad acraqueo térmico 9.15. ¿Cuál es el material más común para las fibras que se usanen los plásticos reforzados con ellas? E-glass. 9.16. ¿Qué significa el término compuestos avanzados? Un compuesto avanzado es un PMC en el que se utilizan fibras de carbono, Kevlar o boro comomaterial de refuerzo. 9.17. ¿Qué es un compuesto híbrido? Un compuesto híbrido es un PMC reforzado con fibras en el que dos o más materiales de fibrassoncombinado en el FRP. 9.18. Identifique algunas de las propiedades importantes de losmateriales compuestos de plástico reforzado con fibra. Las propiedades incluyen una alta relación resistencia / peso, una alta relación módulo / peso, baja densidad,buena resistencia a la fatiga, buena resistencia a la corrosión y baja expansión térmica paramuchos FRP.

9.19. Mencione algunas de las aplicaciones importantes de losFRP. Los FRP se usan en aviones modernos como partes de piel, paneles de carrocería de automóviles, circuitos impresostablas, raquetas de tenis, cascos de barcos y una variedad de otros artículos. 9.20. ¿Qué significa el término interfaz, en el contexto de losmateriales compuestos? La interfaz es el límite entre las fases componentes en un material compuesto.

PREGUNTAS OPCION MULTIPLE 9.1. ¿Cuál de los siguientes es el significado de anisotrópico?: a) materiales compuestos con composición que consiste enmás de dos materiales, b) las propiedades son las mismasen cualquier dirección,

c) las propiedades varían en funciónde la dirección en que se miden o d) la resistencia y otraspropiedades son función de la temperatura de curado. 9.2. La fase de refuerzo es la matriz dentro de la cual está incrustadala fase secundaria: a) verdadero o b) falso. 9.3. ¿Cuál de las siguientes formas de refuerzo ofrece el potencialmás grande para mejorar la resistencia y rigidez en elmaterial compuesto resultante?: a) fibras, b) hojuelas, c) partículaso d) fase infiltrada. 9.4. ¿Cuál de los tipos siguientes compuestos es de madera?: a) CMC, b) MMC o c) PMC. 9.5. ¿Cuáles de los materiales siguientes se emplean como fibrasen los plásticos reforzados con fibras? (cuatro respuestas mejores): a) óxido de aluminio, b) boro, c) hierro colado, d) vidrioE, e) epóxicos, f) Kevlar 49, g) poliéster y h) silicio. 9.6. ¿Cuáles de los metales siguientes se usan como material dela matriz de los MMC reforzados con fibra? (dos respuestasmejores): a) aluminio, b) cobre, c) hierro, d) magnesio y e) zinc. 9.7. ¿Cuáles de los metales siguientes se emplean como matricesen casi todos los carburos cementados de WC y en loscermets de TiC? (dos respuestas correctas): a) aluminio, b) cromo, c) cobalto, d) plomo, e) níquel,

f) tungsteno o g) carburode tungsteno. 9.8. ¿Los compuestos de matriz cerámica están diseñados paracorregir cuál de las debilidades siguientes de los cerámicos?(dos respuestas mejores): a) resistencia a la compresión, b) dureza,c) dureza en caliente, d) módulo de elasticidad, e) resistenciaa la tensión o f) tenacidad. 9.9. ¿Cuáles de los tipos siguientes de polímero se usan más comúnmenteen los compuestos de matriz de polímero?: a) elastómeros,b) termoplásticos o c) termofijos. 9.10. Identifique cuáles de los materiales siguientes no son compuestos(dos respuestas correctas): a) carburo cementado, b) compuesto fenólico moldeado, c) triplay, d) cemento Portland, e) caucho de las llantas de coches, f) madera o g) acero1020....