Materiales compuestos: tipos, propiedades y aplicaciones

Materiales Compuestos

Por un material compuesto se entiende aquel formado por 2 o más materiales distintos sin que se produzca reacción química entre ellos. En un material compuesto existen dos componentes principales: la matriz y el refuerzo. Ambos diferentes en naturaleza, forma y función.

Matriz (fase continua)

Actúa como adhesivo, ligando y separando las fibras y fijando la arquitectura del refuerzo. Recibe los esfuerzos, que serán transmitidos al refuerzo. Absorbe los esfuerzos cortantes y reparte las cargas. Protege al refuerzo del deterioro mecánico y ambiental.

Se clasifica en:

• MMC (Metal Matrix Composite): aluminio, titanio...
• CMC (Ceramic Matrix Composite): grafito, Al₂O₃...
• PMC (Polymer Matrix Composite): epoxi, poliéster...

Refuerzo (fase dispersa)

Mejora las propiedades de la matriz. Se clasifica en:

• Fibra: carbono, SiC...
• Partículas: vidrio, poliméricas...
• Estructurales: SiC

Tipos de Materiales Compuestos según la Matriz

• MMC: aumento del límite elástico, resistencia a la tracción.
• CMC: aumento del factor crítico de tenacidad.
• PMC: aumento del módulo de elasticidad (E), límite elástico y resistencia a la tracción.

Clasificación de Materiales Compuestos según la Temperatura

• T < 300ºC: Matriz orgánica (resinas sintéticas o espumas) y refuerzo orgánico o cerámico.
• T < 600ºC: Matriz metálica (aleaciones ligeras) y refuerzo metálico o cerámico.
• T < 1000ºC: Matriz cerámica (Al₂O₃, grafito) y refuerzo cerámico.

Interfase

Superficie que entra en contacto entre el refuerzo y la matriz. Una buena interfase es crítica para una correcta transmisión de los esfuerzos del refuerzo a la matriz.

Cargas y Aditivos

• Cargas: se añaden para abaratar costes (talco, fibras cortas...).
• Aditivos: añaden propiedades específicas como ignifugidad o filtro UV.

Geometría de los Refuerzos

Fibras

Refuerzo de gran utilización, puede fabricarse de varios materiales:

• Metálicas: Ti, Ni, acero.
• Cerámicas: SiC, C, B, vidrio.
• Poliméricas: aramida, polietileno.

Láminas

De gran utilización en los nanocompuestos (nanoarcillas).

Partículas

Menor capacidad de refuerzo.

Factores que Influyen en la Calidad del Compuesto

• Propiedades de la matriz.
• Propiedades del refuerzo.
• Buen acoplamiento entre matriz y refuerzo.
• Geometría del refuerzo (fibra, partícula, lámina...).
• Orientación de las fibras.
• Propiedades de la interfase.
• Fracción del volumen del refuerzo.
• Entorno de trabajo (temperatura, imperfecciones, fatiga...).