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MATERIALES COMPUESTOS, Deber N°13, Nombre :Dennis Gomez, Fecha: 31/07/2021…

- - - - Sistemas reforzados con fibra y sus aplicaciones
        
        Compuestos de matriz metálica
        
        Estos materiales endurecidos con fibras metálicas o cerámicas, brindan una alta resistencia a altas temperaturas.
        
        Para motores a reacción o para aeronaves
        
        Compuestos de matriz metálica
        
        Los compuestos de fibras cerámicas en matriz cerámica logran resistencia y tenacidad a la fractura mejoradas, en comparación con materiales cerámicos convencionales
        
        Para conos de nariz y bordes de ataque de vehículos aeroespaciales de alto rendimiento
        
        Compuestos avanzados
        
        Son compuestos de matriz polimérica reforzados con un polímero, metal o fibras cerámicas de alta resistencia
        
        Para Industria Aeroespacial, Artículos Deportivos y blindaje
    - - La densidad de compuestos reforzados con fibra:
        
        m y f se refieren a la matriz y a las fibras
      - Predice con exactitud las conductividades térmica y eléctrica
        
        Si son continuas y unidireccionales
        
        k es la conductividad térmica
        
        (Sigma) la conductividad eléctrica
        
        Módulo de elasticidad
        
        Paralelo a las fibras, el módulo de elasticidad puede alcanzar valores de hasta
        
        Perpendicular a las fibras, cada uno de los componentes del compuesto actuará de manera independiente del otro.
    - - Longitud y diámetro de las fibras
        
        :check:Pueden ser cortas, largas o incluso continuas.
        :check:Las fibras comunes tienen diámetros que varían desde 10 um hasta 150 um
        :check:La resistencia del compuesto se mejora cuando la proporción dimensional (l|d) es grande
      - Cantidad de fibras
        
        :check:Una fracción volumétrica mayor de fibras incrementa la resistencia y la rigidez del compuesto
        :check:La fracción volumétrica máxima es de aproximadamente 80%
      - Orientación de fibras
        
        Las fibras cortas de orientación aleatoria y con una pequeña proporción dimensional son fáciles de introducir en la matriz y le dan al compuesto un comportamiento relativamente isotrópico.
        
        Las configuraciones de fibras largas, o continuas y unidireccionales, producen propiedades anisotrópicas, con una resistencia y rigidez particularmente buenas en dirección paralela a las fibras. Sin embargo, las orientaciones unidireccionales originan malas propiedades si la carga es perpendicular a dichas fibras
      - Propiedades de las Fibras
        
        TS es la resistencia a la tensión, p la densidad y E el módulo de elasticidad
        
        :check:Si el compuesto se usará a temperaturas altas, la fibra también debe tener una temperatura de fusión alta.
        :check:El módulo específico más alto se presenta en materiales de bajo número atómico y enlaces covalentes
      - Propiedades de las matrices
        
        Aporta el control principal sobre las propiedades eléctricas, el comportamiento químico y el uso a temperaturas altas de un compuesto
        
        Soporta las fibras y las mantiene en su posición correcta
        
        Transfiere la carga a las fibras fuertes, protege las fibras contra daños durante su manufactura y uso en el compuesto
        
        Evita la propagación de grietas en las fibras hacia todo el compuesto
        
        Podemos tener por ejemplo compuestos de matriz metálica (CMM), matriz cerámica (CMC), matriz polimérica
      - Unión y falla
        
        Si la unión es débil, las fibras pueden salirse de la matriz durante la carga, lo que reducirá la robustez y la resistencia a la fractura del compuesto
    - - Distribución de las fibras
        
        Los filamentos excepcionalmente finos se reúnen en forma de hilados, hilos o mechas.
        
        Una mecha contiene desde unos cientos a más de 100,000 filamentos sin retorcer
        
        Los hilados son paquetes sin retorcer de filamentos, hilos o mechas
        
        En los hilos se retuercen hasta 10,000 filamentos para producir la fibra.
      - Producción del compuesto
        
        Se han diseñado técnicas especiales para la producción de compuestos usando fibras continuas, ya sea en forma alineada de manera unidireccional, en estera o en tejido
        
        Producción de formas de materiales compuestos en matrices
        
        Manual
        
        Las cintas, esteras o tejidos se extienden sobre una forma, saturada con resina polimérica, y se presionan para asegurar un buen contacto y una completa eliminación de la porosidad, tras lo cual se curan.
        
        Mediante Moldeo a presión
        
        Se introducen gases a alta presión o se provoca un vacío para obligar a las capas individuales a que se junten a fin de que durante el curado se obtenga una unión adecuada.
        
        Por moldeo en matrices macho y hembra
        
        Se colocan fibras cortas o esteras en una matriz hecha de dos piezas; al cerrarse dicha matriz se obtiene la forma deseada.
        
        Enrollado de filamentos
        
        Las fibras se enrollan alrededor de una forma o de un mandril para formar de manera gradual una figura sólida
        
        Extrusión por estirado (pultrusión)
        
        Las fibras o las esteras son estiradas desde los carretes, pasadas por un baño de resina polimérica para su impregnación y unidas para producir una forma específica antes de entrar en un dado caliente para su curado.
      - Fabricación de las fibras
        
        Las fibras metálicas, las de vidrio y muchas otras fibras poliméricas pueden elaborarse mediante procesos de estirado o trefilado
  - - - :check: Resistencia superior al desgaste o a la abrasión
        :check: Mejor apariencia
        :check: Expansión: térmica fuera de lo común
        :check: Altamente anisotrópicos
    - - La densidad, la conductividad eléctrica y térmica, así como los módulos de elasticidad se pueden calcular con un error insignificante al utilizar las fórmulas siguientes:
        
        Dirección Paralela
        
        Dirección Perpendicular
    - - Unión Adhesiva
        
        Se coloca una película delgada de material no polimerizado entre cada capa de la preforma.
        
        Cuando estas capas se presionan entre sí a temperaturas altas, se completa la polimerización y las fibras de la preforma quedan unidas
        
        Producen compuestos que llegan a
        tener docenas de capas de espesor.
      - Para Metales
        
        Unión por deformación
        
        Unión por explosión
        
        Coextrusión
        
        Soldadura Fuerte
        
        :check:Puede unir placas de compuestos
        :check:Las hojas metálicas se calientan arriba de la temperatura de fusión de la aleación de aporte, y esta es atraída mediante acción capilar
        
        :check:Para compuestos laminares muy simples
        :check:Se coextruyen dos materiales de tal modo que el material blando rodee al más duro
        
        :check:Una carga explosiva proporciona la presión necesaria para unir los metales
        :check:Para placas muy grandes
        
        :check:Unión con rodillo caliente o frío
        :check:La presión que ejercen los rodillos rompe la película de óxido de la superficie haciendo que las superficies se unan
    - - Ejemplos y aplicaciones
        
        Laminados
        
        Metales revestidos
        
        Bimetálicos
        
        Pueden actuar como Interruptores o Termostatos
        
        El Alclad (compuesto revestido en el cual se une aluminio comercialmente puro con aleaciones de aluminio de alta resistencia)
        
        El Arall (laminado de aluminio y aramidas)
    - - Los materiales tipo emparedado o sandwich (entre los que se incluyen los panales) son compuestos laminares e una extraordinaria ligereza, con caras sólidas unidas a un núcleo prácticamente hueco.
  - - - Contienen grandes cantidades de partículas gruesas que no bloquean de manera eficiente la mezcla refractaria.
    - - La densidad de un compuesto particulado es:
        
        pc es la densidad del compuesto.
        
        f1, f2, … , fh son las fracciones volumétricas de cada constituyente
        
        p1, p2, …, ph son las densidades de cada constituyente.
    - - Carburos cementados
        
        Abrasivos
        
        Contactos eléctricos
        
        Polímeros
        
        Compuestos particulados de metales fundidos
        
        Las partículas de SiC pueden ser humedecidas por el líquido, lo cual ayuda a evitar que las partículas cerámicas se hundan durante la solidificación
        
        Ejemplo: Las fundiciones de aluminio con partículas de SiC para aplicaciones automotrices
        
        Son polimeros que contienen rellenos y extensores
        
        Ejemplo: Negro de carbón en el caucho vulcanizado
        
        Se pueden agregar por ejemplo extensores (Ej. CaCo3) , esferas de vidrio huecas o también partículas de elastómeros con el objetivo de que se requiera menor cantidad de polímero
        
        Se necesitan materiales que tengan resistencia al desgaste y conductividad eléctrica
        
        Ejemplo: La plata reforzada con tungsteno
        
        Para obtener tenacidad, las partículas abrasivas se unen mediante una matriz vítrea o polimérica. También pueden unirse a una matriz metálica
        
        Ejemplo: Los abrasivos de diamante
        
        Contienen partículas cerámicas duras dispersas en una matriz metálica
        
        Las partículas pueden ser de:
        
        Carburo de Tungsteno Carburo de Tántalo Carburo de Titanio