Fundamentos de Materiales Cerámicos y Compuestos: Propiedades y Mecanismos de Refuerzo

Materiales Cerámicos: Propiedades Fundamentales

Propiedades Mecánicas

Comentario breve sobre las propiedades mecánicas de los materiales cerámicos:

• Son duros y frágiles.
• Tienen pocos sistemas de deslizamiento.
• Presentan densidades de dislocaciones bajas.
• El movimiento de las dislocaciones está impedido.
• Poseen resiliencia baja y buena resistencia a la fluencia (creep).
• Su resistencia a la fractura es baja.
• Son muy sensibles a defectos superficiales y microestructurales.
• Tienen una resistencia a la compresión alta.
• Existen materiales cerámicos en forma de fibras o “whiskers”.

Propiedades Térmicas

Comentario breve sobre las propiedades térmicas de los materiales cerámicos:

• Presentan un elevado punto de fusión (lo que los hace resistentes a altas temperaturas).
• Tienen un pequeño coeficiente de dilatación.
• Poseen buena conductividad calorífica (aunque varía según el tipo de cerámica).
• La mayoría de los materiales cerámicos tienen alta refractariedad, pero escasa resistencia a los cambios bruscos de temperatura (choque térmico).

Materiales Compuestos: Refuerzos y Características

Isotropía en Materiales Compuestos

¿Qué tipos de refuerzos debe contener un material compuesto para que presente isotropía en los valores de sus propiedades?

Para lograr isotropía, un material compuesto puede contener los siguientes tipos de refuerzos:

• Refuerzo por dispersión.
• Refuerzo por precipitación de partículas.
• Refuerzo por fibras cortas (orientadas aleatoriamente).

Tipos de Rotura en Fibras de Refuerzo

¿Qué tipo de rotura presentan las fibras de vidrio, Kevlar y carbono?

• Fibras de vidrio y carbono: presentan rotura frágil.
• Fibras de Kevlar: presentan rotura dúctil.

Mecanismos de Reforzamiento en Materiales Compuestos

Comentario sobre los tipos de reforzamiento que pueden presentar los materiales compuestos:

Materiales Reforzados por Dispersión

Estos materiales presentan partículas de tamaño muy pequeño (<100nm), homogéneamente distribuidas por otra matriz. Las pequeñas partículas actúan a nivel atómico-molecular impidiendo la propagación de las dislocaciones, con el consiguiente aumento de la dureza y la resistencia a la deformación plástica y a la tracción. Este tipo de refuerzo se aplica en metales y aleaciones metálicas, utilizándose generalmente óxidos metálicos como fase dispersiva. Tiene la ventaja de que su efectividad se mantiene a altas temperaturas durante periodos de tiempo prolongados. >100nm),>

Materiales Reforzados por Partículas

En estos materiales, las partículas de refuerzo son habitualmente más duras y resistentes que la matriz, se cohesionan fuertemente con esta y mejoran apreciablemente sus propiedades mecánicas. Según el tamaño de las partículas, pueden distinguirse dos tipos de materiales compuestos particulados diferentes: los materiales compuestos reforzados por dispersión (con partículas muy finas, como se mencionó anteriormente) y los materiales compuestos reforzados con partículas grandes.

Materiales Reforzados por Fibras

Las fibras utilizadas como refuerzo pueden ser discontinuas o continuas. Su uso está extendido en el refuerzo de acero en estructuras, así como en el refuerzo de polímeros con fibras de vidrio, de boro o carbono, de propiedades excepcionales, o con diminutos monocristales de materiales cerámicos (conocidos como “whiskers”). Básicamente, el objetivo es conseguir materiales con una elevada resistencia y rigidez, tanto a bajas como a altas temperaturas, y simultáneamente una baja densidad, lo cual se consigue empleando materiales ligeros tanto en la matriz como en las fibras.