Tipos de refuerzos y comportamiento de materiales compuestos: fibras, partículas e interfase

Refuerzos (fibras)

Refuerzos fibras: hay tres tipos principales:

1. Whiskers: monocristales de material cerámico, alta perfección cristalina, extremadamente resistentes y muy caros (diámetro = nm).
2. Fibras: policristalinas o amorfas, cerámicas o poliméricas (diámetro ≈ µm).
3. Alambres: diámetro elevado (mm).

Factores que afectan las propiedades del material compuesto

Factores / propiedades del material compuesto:

1. Depende de las propiedades de la matriz y del refuerzo (forma, geometría, disposición de la fase dispersa).
2. Depende de la fracción en volumen del refuerzo.
3. Depende de las propiedades de la interfaz refuerzo-matriz.
4. Posibles degradaciones refuerzo-matriz por reacciones a altas temperaturas, imperfecciones de procesado, daño mecánico, fatiga, impactos, etc.

Interfase matriz-refuerzo

Materiales compuestos: interfaz matriz-refuerzo

La interfaz controla la transferencia de carga y condiciona las propiedades del material. Puede ser con adhesión o sin adhesión. Se pueden aplicar tratamientos superficiales o agentes de acoplamiento para mejorar la unión entre la matriz y el refuerzo.

Materiales compuestos reforzados con partículas

• Cermet (Wb/Co): matriz de cobalto (dúctil) y refuerzo de Wb (frágil, duro).
• Neumáticos: matriz de caucho y refuerzo de partículas de carbono (rígidas).

Módulo elástico: fibras continuas y alineadas

Materiales compuestos: módulo elástico

Fibras continuas y alineadas:

• Tensión aplicada paralelamente a la dirección de las fibras: condición de isodeformación.
• Tensión aplicada perpendicular a la dirección de las fibras: condición de isotensión.

4.2: Fluencia, fatiga y fractura

Termofluencia (creep)

Termofluencia (creep): es el fenómeno en el que un material sometido a alta temperatura, junto con un esfuerzo mecánico constante, sufrirá una deformación permanente que varía con el tiempo.

La deformación aumenta sin que aumente el esfuerzo aplicado. Tiene lugar con esfuerzos inferiores al límite elástico del material medido a la misma temperatura. La termofluencia supone una pugna entre el endurecimiento por deformación y el ablandamiento real (causado por fenómenos de recristalización y/o recuperación) o el ablandamiento aparente (causado por aspectos puramente geométricos o fisuras internas).

El ablandamiento aparente tiene tres etapas:

• Termofluencia primaria (o transitoria).
• Termofluencia secundaria (o estacionaria).
• Termofluencia terciaria.

Las variables de la termofluencia son la temperatura, la carga y el tiempo.