Trabajo TMM

I. INTRODUCCINSe define como material compuesto todo sistema o combinacin de materiales constituido a partir de una unin (no qumica) de dos componentes (insolubles entre si), que da lugar a un nuevo material con propiedades caractersticas, no siendo estas nuevas propiedades ninguna de las anteriores, es decir, que las nuevas propiedades del compuesto no son alcanzables por cada uno de los materiales predecesores de manera aislada.

Al contrario de lo que se pudiera pensar, el concepto de material compuesto es tan antiguo como la naturaleza misma. Unos buenos ejemplos de ello lo podemos observar en la madera, la cual combina fibras de celulosa de estructura tubular en una matriz de lignina. Otro material compuesto confeccionado por el hombre en los inicios de la civilizacin lo constituyen las chozas de adobe, que se trata de fibras de paja en matriz de barro.

El secreto de los materiales compuestos reside en la eleccin de un sistema de matriz adecuado y su asociacin con fibras de refuerzo.

De las diferentes clasificaciones que podemos hacer de los materiales compuestos, quizs la ms importante sea la que se refiere a su matriz, y en la cual podemos identificar tres grupos principales.a) Materiales compuestos de matriz metlica (MMC)b) Materiales compuestos de matriz cermica (CMC) c) Materiales compuestos de matriz polimrica (PMC)

II. MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ METLICALos MMCs forman un grupo de materiales de los ms estudiados en las dos ltimas dcadas. Una de las causas por la que se desarrollaron los materiales compuestos es la obtencin de propiedades imposibles de conseguir con un material monoltico.

Han sido desarrollados principalmente para componentes aeroespaciales y de motores de automocin. Se clasifican en tres grandes grupos, de acuerdo con el tipo de refuerzo incorporado: reforzados con fibra continua, reforzados con fibras discontinuas y reforzadas con partculas. As, encontramos como ejemplos de los materiales compuestos de matriz metlica las aleaciones de aluminio con refuerzos de fibras de boro, aleaciones de aluminio reforzados con partculas de almina y carburo de silicio, etc.

III. COMPONENTES DE LOS MMCsPodemos identificar dos fases: una continua, constituida por la matriz, y otra fase discontinua denominada refuerzo (fase dispersa). Los componentes de un material compuesto no deben disolverse ni fusionarse completamente unos con otros. La identificacin de los materiales y la de su interface debe ser posible de distinguir por medios fsicos.

Las propiedades del nuevo material van a depender de la eleccin de la matriz, del refuerzo y de interface entre matriz y refuerzo.3.1.- REFUERZOS EMPLEADOS EN MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ METLICA.Las propiedades de este tipo de materiales estn en funcin de las propiedades de las fases constitutivas, de sus cantidades relativas y de la geometra de la fase dispersa. Geometra de la fase dispersa en este contexto significa, la forma, el tamao, la distribucin y loa orientacin de las partculas:

Las funciones que tiene el material de refuerzo en MMCs son las siguientes:

Soportar las tensiones que se ejercen sobre el compuesto. Aumentar las caractersticas mecnicas de la matriz, su dureza y resistencia al desgaste (sobre todo el caso del refuerzo con partculas). Mitigar los fallos de estas caractersticas con el aumento de temperatura.

Frenar o detener la propagacin de grietas a travs del compuesto y el desarrollo de las fisuras. Las fases de refuerzo se pueden clasificar en tres categoras; fibras continuas, fibras descontinuas y partculas.

Generalmente, se habla de la gran mejora que, desde el punto de vista de las propiedades mecnicas, pueden obtenerse mediante fibras continuas, reforzando en la direccin de la tensin aplicada, mientras que con whiskers y partculas, se experimenta una disminucin de resistencia, pero se tiene una gran isotropa en el material.

Como es el material de refuerzo el que soporta las tensiones principales, las investigaciones suelen centrarse en fibras o partculas de excelentes caractersticas mecnicas (en particular elevada resistencia a la traccin y/o alto mdulo de elasticidad), y que conservan las propiedades mecnicas, junto con la estabilidad qumica y la compatibilidad con la matriz a temperatura elevada.

3.1.1.-Fibras continas:Tecnolgicamente, los materiales compuestos ms importantes son aquellos en los cuales la fase dispersa existe en la forma de fibras. Los objetivos de diseo de los materiales compuestos reforzados con fibras con frecuencia incluyen alta resistencia y alta rigidez segn el peso. Los compuestos reforzados con fibras se subdividen segn la longitud de la fibra. En el caso de fibras cortas, estas son demasiado cortas para producir un aumento significativo de la resistencia.

Bajo un esfuerzo, la longitud de la fibra es una variable a tener en cuenta puesto que ste cesa en los extremos de la fibra lo que produce un patrn de deformacin como se muestra en la figura:

Una fibra viene caracterizada por su longitud (l), si dimetro (d), su resistencia ltima a traccin (*), as como la resistencia de la unin matriz-fibra (o de la resistencia a cizalladura fibra matriz (), la que sea ms pequea). De tal forma que:

lc= *d/2,Siendo lc, la longitud crtica de la fibra que nos viene a determinar la circunstancia en la cual la tensin mxima en la fibra solo se da en un punto de centro de la misma. Pues bien, todas las fibras que midan ms que la longitud crtica se denominar fibras continuas, y las que midan menos se denominarn fibras discontinuas.

Las fibras metlicas se emplean poco a causa de su posible ataque qumico por parte de la matriz, los cambios estructurales por la elevacin de temperatura, la posible disolucin de la fibra en la matriz y la relativamente fcil oxidacin de las fibras de metales refractarios (W, Mo, Nb, etc.). Debido a ello se han desarrollado las fibras cermicas, que presentan numerosas ventajas: no se disuelven en la matriz, su resistencia se mantiene a temperaturas elevadas, su mdulo de elasticidad es alto, no se oxidan (con carcter general) y tienen baja densidad.

Una de las primeras fibras continuas utilizadas como refuerzo fue la BORSIC, que est constituida por fibras de boro formadas sobre un alma de wolframio y con un revestimiento de carburo de silicio. Las fibras ms empleadas como refuerzo son las de boro, almina y carburo de silicio.

3.1.2.-Partculas grandes y partculas pequeas (por dispersin)El trmino partculas grandes se usa para indicar que las interacciones matriz-partcula no pueden tratarse a nivel atmico o molecular; en lugar de ello, se usa la mecnica del medio continuo. En la mayora de estos materiales, la fase dispersa es ms dura y ms rgida que la matriz. Estas partculas de refuerzo tienden a restringir el movimiento de la fase matriz en las proximidades de cada partcula. En esencia, la matriz transfiere parte del esfuerzo aplicado a las partculas, las que soportan una fraccin de la carga.

En los materiales compuestos consolidados por dispersin, las partculas generalmente son mucho ms pequeas, con dimetros entre 10 y 100 nm. Las interacciones matriz-partcula que conducen a la consolidacin tienen lugar a nivel atmico o molecular. El mecanismo de consolidacin es similar al de endurecimiento por precipitacin (primera parte de la asignatura). Mientras que la matriz soporta la mayor parte de la carga aplicada, las pequeas partculas dispersas obstaculizan o impiden el movimiento de las dislocaciones. De este modo se restringe la deformacin plstica, de manera que mejoran el lmite elstico, la resistencia a la traccin y la dureza.

Los whiskers son monocristales muy delgados que tienen un cociente longitud-dimetro muy grande. Como consecuencia de su tamao pequeo, tienen alto grado de perfeccin cristalina y virtualmente estn libres de defectos, lo que explica su resistencia excepcionalmente alta. A pesar de su alta resistencia, no se utilizan ampliamente como medio de refuerzo debido a que son muy caros.

El refuerzo de menor coste econmico es la partcula, y el que permite obtener una mayor isotropa de propiedades. Deben tener aproximadamente la misma dimensin en todas las direcciones (equiaxiales). El control del tamao y la pureza son los principales requisitos para su empleo en materiales compuestos. Refuerzos tpicos en forma de partculas son la mica, xidos (como SiO2, TiO2, ZrO2, MgO) y nitruros (Si3N4). Los materiales ms empleados so el grafito, la almina (Al2O3), y el carburo de silicio (SiC).

3.1.3.-Fibras discontinuasLas fibras discontinuas, conducen a propiedades inferiores que las fibras continuas. Los whiskers tienen dimetros inferiores a 1 m, por lo que pueden considerarse como refuerzos discontinuos. Los principales whiskers disponibles comercialmente son lo de SiC y Si3N4.

El hecho de que normalmente se obtengan de forma monocristalina, adems de su pequeo dimetro, conduce a que tengan pocos defectos internos, y como consecuencia presentan mayores niveles de resistencia que otras fibras discontinuas.3.2- MATRICES UTILIZADAS PARA LA FABRICACIN DE MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ METLICA Las funciones que tiene la matriz metlica en los materiales compuestos son las siguientes: Proteger las fibras o partculas del ambiente exterior (aire, humedad, etc.). Propiciar la unin solidaria de los elementos que constituyen el refuerzo: unir las fibras entre ellas, pero separarlas para evitar la transmisin de grietas a travs del compuesto, sobre todo en el caso de un refuerzo con fibras continuas Repartir y transmitir las cargas de los elementos de refuerzo. En general, para que la transmisin sea ptima, la matriz debe deformarse plsticamente para tensiones netamente inferiores a las que est sometido el compuesto, y que su deformacin sea inferior a la correspondiente a la rotura. La matriz no deber tener un mdulo de elasticidad demasiado elevado. Las condiciones de utilizacin particulares del compuesto pueden exigir que la matriz presente buena resistencia a la corrosin o a la oxidacin, o una buena resistencia mecnica en caliente.

Las aleaciones ms comnmente empleadas en materiales compuestos de matriz metlica son la ligeras: del aluminio (principalmente las series 2000, 6000, 7000 y 8000). El titanio y sus aleaciones (aunque en algunos casos presentan el problema de reaccin qumica con el refuerzo durante el procesado a temperaturas elevadas, lo que deteriora las propiedades del compuesto obtenido) y el magnesio y sus aleaciones (que presentan graves problemas de corrosin.

En los ltimos aos, la posible utilizacin de inter metlicos y super aleaciones como matrices est siendo objeto de intensas investigaciones, El mayor inconveniente que presentan estos materiales para su uso es la baja ductilidad.

IV. INTERFASE MATRIZ-REFUERZOLa interface matriz-refuerzo condiciona las propiedades mecnicas finales de los compuestos. La transmisin y reparto de las cargas aplicadas al material compuesto se efecta por la unin existente entre matriz y refuerzo. Es pues una regin de composicin qumica variable. Los principales parmetros de obtencin de una buena interface matriz-refuerzo son los siguientes: El mojado (entendiendo como mojado la capacidad que tiene la matriz para envolver al refuerzo) entre la matriz y el material de refuerzo debe ser bueno. Aqu interviene la naturaleza termodinmica de los diferentes elementos y, en especial, sus energas superficiales. Deben existir fuerzas de unin suficientes para transmitir los esfuerzos de la matriz al refuerzo. Las uniones deben ser estables en el tiempo y sobre todo en el rango de temperaturas de utilizacin del compuesto. Las zonas de reaccin entre la matriz y el refuerzo deben ser reducidas y no afectar a los elementos de refuerzo. Los coeficientes de dilatacin trmica de la matriz y de los refuerzos deben ser similares para limitar los efectos de tensiones internas a travs de la interface, sobre todo al utilizar el compuesto a altas temperaturas.

Adems, podemos clasificar las uniones segn el tipo de reaccin qumica que se desarrolla entre matriz y el refuerzo:a) La matriz y los materiales de refuerzo son no reactivos e insolubles:

Son uniones de tipo mecnico, en las que no tiene lugar ninguna reaccin qumica. Este tipo de unin puede existir en el caso de refuerzos que tengan la superficie rugosa. La ausencia de unin qumica conduce a un material compuesto con propiedades mecnicas mediocres.

b) La matriz y los materiales de refuerzo son no reactivos pero solubles:La unin con mojado y con disoluciones tiene lugar en los compuestos reforzados por casi cualquier elemento, excepto con los xidos. La matriz moja y/o disuelve parcialmente los elementos del refuerzo, sin que se forme ningn compuesto entre ambos, existiendo interacciones electrnicas a corta distancia (distancias atmicas).c) La matriz y los elementos de refuerzo reaccionan para formar un tercer componente en la interface:En las uniones en las que se producen reacciones qumicas, estas pueden ser simples, que hacen intervenir las transferencias de tomos de uno o ambos compuestos, formndose un nuevo compuesto qumico en la interface, o bien reacciones ms complejas, que se pueden representar mediante una secuencia de reacciones.

Existen factores que pueden afectar a la estabilidad de la interface:

Inestabilidades debido a la disolucin, cuyo inconveniente principal es la prdida parcial de refuerzo, producindose cavidades debido al efecto KIRKENDALL (efecto difusivo) principalmente en el caso de refuerzos metlicos;

Inestabilidades debido a reacciones interfaciales, que degradan las propiedades del compuesto;

Inestabilidades debido a la descomposicin de la interface, que se producen bsicamente en compuestos sujetos a ciclos trmicos.

V. PRINCIPALES FAMILIAS DE MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ METLICA.5.1.- MATERIALES COMPUESTOS CON MATRIZ DE ALUMINIO Y SUS ALEACIONES (Al-MCs).El aluminio es ligero, que es el primer requisito en la mayor parte de las aplicaciones de los MMCs actuales. Adicionalmente, es barato en comparacin con otros metales ligeros, como el titanio y el magnesio. Tambin se debe a que las aleaciones de aluminio convencionales se utilizan en grandes cantidades, principalmente en la industria de automocin y aeronutica.

Su resistencia, ductilidad y comportamiento frente a la corrosin son bien conocidos y pueden modificarse para satisfacer los requisitos de muchas aplicaciones distintas.

Entre las aleaciones de aluminio, las aleaciones endurecibles por precipitacin (Al-Cu-Mg y Al-Zn-Mg-Cu) son de especial inters. La ms importante y reciente incorporacin de estas aleaciones es la de las aleaciones de Al-Li. El particular efecto del litio es que cuando se alea con aluminio, simultneamente decrece la densidad y aumenta el mdulo de elasticidad de la aleacin.

Aunque la fabricacin de compuestos de matriz de aluminio reforzado con fibras continuas es bastante compleja y cara, se utiliza en algunas aplicaciones principalmente en la industria aeroespacial.

Aluminio reforzado con partculas:

Actualmente se pone gran nfasis en la mejora de la eficiencia de las tcnicas de produccin en masa y la reduccin de costes de produccin. Una alternativa interesante es la de los materiales compuestos de base aluminio reforzados con partculas que ofrecen propiedades ms moderadas (desde el punto de vista mecnico), pero son mucho ms baratos que los materiales reforzados con fibras continuas.

El hecho de que estos MMCs presenten buenos desarrollos desde el punto de vista de procesos secundarios, tales como el mecanizado o la soldadura, adems de su posible reciclado en el caso de los compuestos reforzados con partculas hace interesante que el uso de estos materiales en la vida cotidiana sea de alto inters.

La tendencia en la investigacin de Al-MCs es el desarrollo de tcnicas ms baratas, especialmente para refuerzos discontinuos. El elevado consumo de aluminio monoltico permite el desarrollo de tecnologas eficientes y viables econmicamente. Muchas de estas tecnologas se pueden aplicar perfectamente en la produccin de Al-MCs.

En la actualidad pueden utilizarse mtodos convencionales de conformado, como el caso de la extrusin, forja y laminacin.

Las partculas de carburo de silicio (SiC) son uno de los refuerzos discontinuos ms comnmente utilizados en AL-MCs a pesar de que la densidad del SiC es ligeramente mayor que la del aluminio. Este alto inters se debe a su bajo precio, al hecho de poseer una buena gama disponible y proporcionar al compuesto alta resistencia y mdulo elstico. El aumento de la resistencia al desgaste es tambin importante.

Otro tipo de refuerzo utilizado en Al-MC es la almina. En comparacin con el SiC es ms inerte y tambin ms resistente a la corrosin y conveniente para fabricacin y uso a elevadas temperaturas.

5.2.- MATERIALES COMPUESTOS CON MATRIZ DE TITANIO Y SUS ALEACIONES (Ti-MCs)El titanio es ms denso que el aluminio y es el metal con la mejor relacin resistencia/densidad de entre todos los llamados ligeros (Al, Mg, Be). Por su elevado punto de fusin mantiene su resistencia a altas temperaturas mucho mayores que el aluminio. Adems, la resistencia a la corrosin y oxidacin es buena y es el material ideal para la fabricacin de motores a propulsin en la industria aeroespacial.

El problema de los Ti-MCs y su produccin est relacionado con la extremada reactividad de la matriz (tratado en apartados anteriores). Durante el procesado e elevadas temperaturas, las reacciones entre la matriz y el refuerzo son difciles de evitar y consecuentemente, los recubrimientos de fibras son de especial inters.

5.3.- MATERIALES COMPUESTOS CON MATRIZ DE MAGNESIO Y SUS ALEACIONES (Mg-MCs)Se han desarrollado con criterios similares a los de las aleaciones de aluminio. El magnesio es el ms ligero de los metales estructurales, siendo aproximadamente un 35% ms ligero que el aluminio. El magnesio est presente en una gran gama de aleaciones.

Las propiedades mecnicas y rigidez de los Mg-MCs son comparables con los materiales de base aluminio, sin embargo, las propiedades frente a la corrosin de este material son pobres. Este problema se puede minimizar mediante tcnicas de pintura y recubrimiento, pero, pese a todo, no se utilizan en ambientes muy corrosivos.

Debido a la ligereza que se persigue en estos MMCs, se emplean muchas veces como refuerzo, fibras de carbono, pese a que las fibras tienden a separarse de la matriz.El elevado coste de estos materiales limita su uso a aplicaciones muy concretas, como por ejemplo, aplicaciones en satlites espaciales.5.5.- EL CERMETLos cermet son ejemplos de materiales compuestos metal-cermica. El cermet ms comn es el carburo cementado, el cual est compuesto de partculas extremadamente duras de carburos cermicos refractarios, como el carburo de tungsteno (WC) o el carburo de titanio (TiC), incluidas en una matriz metlica como cobalto o nquel. Estos materiales compuestos se utilizan ampliamente como herramientas de corte en acero endurecidos. Las duras partculas de carburo suministran la superficie de corte, pero al ser extremadamente frgiles, no son capaces de resistir por s mismas los esfuerzos de corte. La tenacidad se mejora incluyndolas en una matriz metlica dctil, en la cual las partculas de carburo quedan aisladas entre si y se evita la propagacin de grietas entre partculas. Ningn material podra aportar por s solo la combinacin de propiedades que posee un cermet.

5.5.- OTROS MATERIALES COMPUESTOS.Recientemente, se han desarrollado materiales compuestos de base hierro para reducir costes en componentes resistentes al desgaste en la industria qumica y en industrias de procesado. En estos casos, en los que la resistencia a la corrosin es particularmente deseada, adems de la resistencia al desgaste, se pueden utilizar como material matriz varios tipos de acero inoxidable y super-aleaciones.

Los inter-metlicos se han desarrollado activamente en los ltimos aos. Su resistencia a elevadas temperaturas y su resistencia a la oxidacin es mucho mayor que la ofrecida por los materiales compuestos de matriz titanio.

Ejemplos de estos inter-metlicos Ni3Al, NiAl, Ti3Al y MoSi2. Poseen elevada resistencia, elevado mdulo elstico y buena resistencia a la fluencia. La mayor desventaja de estos materiales es su baja ductilidad a temperatura ambiente. Esto se convierte en una mayor dificultad para su procesado como componentes estructurales.

VI. PROPIEDADES DE LOS MMCs6.1.- PROPIEDADES MECNICAS A TEMPERATURA AMBIENTE. 6.1.1.- Mdulo de elasticidadLos refuerzos cermicos discontinuos de alto mdulo, aadidos a matrices metlicas, producen un aumento de la rigidez del compuesto. Del mismo modo, la orientacin preferente del whisker y fibras cortas en el compuesto provocan tambin un aumento de la rigidez en la direccin de alineamiento.

El mdulo de elasticidad no aumenta de forma lineal con la fraccin de volumen de refuerzo, como en el caso de alineamiento uniaxial de refuerzos continuos. Su incremento estar condicionado por el grado de alineamiento y la orientacin de las fibras en la direccin del ensayo.

6.1.2.- Lmite ElsticoLa adicin de refuerzos discontinuos en valores del 5% o ms, produce un aumento del lmite elstico en aleaciones de aluminio. El tamao de las partculas tambin tiene un papel importante en el lmite elstico. En general, refuerzos de pequeos tamaos propician altos valores en esta propiedad.

Los principales factores que contribuyen a la mejora del lmite, son:

Tensiones trmicas residuales: Se originan debido a la diferente contraccin trmica de la matriz y del refuerzo. Bajo la aplicacin de una carga exterior se producen tensiones localizadas que disminuyen el lmite elstico efectivo del material. Se pueden utilizar muchos procesos para disminuir este efecto de tensiones trmicas en la matriz, como por ejemplo la relajacin y formacin de precipitados, que producen cambios en el volumen y de esta forma se compensan las tensiones internas residuales.

Mecanismos de refuerzo de la matriz: Este efecto se refiere principalmente a las variaciones micro estructurales relacionadas con el afino de tamao de grano y aumento de la densidad de dislocaciones que se producen en el material. El control de estas variables depende de la va de fabricacin y del tamao y fraccin en volumen de las partculas de refuerzo.

6.1.3.- EndurecimientoEl comportamiento mecnico de los MMCs viene caracterizado por los elevados valores de la velocidad de endurecimiento tras el lmite elstico. Esto se explica micro estructuralmente en trmicos de transferencia de carga entre la matriz y el refuerzo. Se ha observado que esta velocidad aumenta con la relacin longitud-dimetro de las partculas de refuerzo, lo que parece indicar la existencia de una transferencia de carga ms efectiva para esta morfologa.

6.1.4.- Resistencia a traccinLa resistencia a la traccin de materiales compuestos de matriz metlica reforzados con partculas depende de la relacin entre dimensiones, fraccin de volumen y distribucin del refuerzo, de la aleacin base, los tratamientos trmicos y de la unin refuerzo-matriz.

Los valores de resistencia de MMCs obtenidos con whiskers son superiores a los alcanzados con adiciones de fibras cortas de almina. La resistencia a la traccin en la direccin de extrusin de compuestos reforzados con whiskers lega a duplicar los valores alcanzados en aleaciones conformadas no reforzadas. Esto evidencia el efecto de alineamiento preferente de los whiskers por extrusin.

Se puede alcanzar un mayor aumento de la resistencia mediante la reduccin del tamao de las partculas, pero por contrapartida, un aumento de la resistencia implica una reduccin de la ductilidad.

6.1.5.- FracturaEl examen de las superficies de fractura revela que se origina una fractura dctil en la matriz y en la interface fibra-matriz, y en cambio existe fractura frgil del refuerzo.

Como hemos comentado, la menor ductilidad se obtiene para aleaciones de gran resistencia (Al-Cu-Mg) reforzadas con elevadas fracciones en volumen de partculas de gran relacin longitud/dimetro y alta fuerza de unin de interface refuerzo-matriz.

Para los refuerzos con partculas, el control de los factores de fractura es ms complejo. La tenacidad a la fractura decrece con el aumento de la fraccin de volumen de partculas, a lo que ocurre de igual manera con los whiskers.6.2.- PROPIEDADES MECNICAS A TEMPERATURAS ELEVADASLos MMCs experimentan un aumento en el mdulo y resistencia a elevadas temperaturas respecto a las aleaciones no reforzadas.

6.2.1.- FatigaEn general, la mejora en el comportamiento a la fatiga es una de las caractersticas que hacen atractivos los MMCs.

En este tipo de ensayos, las grietas se inician, generalmente, en la interface matriz-refuerzo, especialmente en agrupaciones de partculas de refuerzo. Uno de los aspectos ms determinantes de la respuesta a la fatiga de los MMCs es el tamao de partcula de refuerzo, aunque su efecto depende del tipo de ensayo en particular.

6.3.- PROPIEDADES TRMICAS6.3.1.- Coeficiente de expansin trmicaEl valor del coeficiente de expansin trmica en MMCs depende de la fraccin en volumen de refuerzo, as como de su morfologa y distribucin en la aleacin base. Este valor puede verse modificado por el estado de precipitacin de la matriz.

6.3.2.- Conductividad trmicaLa conductividad trmica de la aleacin monoltica se reduce con un refuerzo cermico discontinuo. La importancia de la reduccin depende principalmente de la fraccin en volumen y distribucin del refuerzo.

VII. APLICACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ METLICATodas las ventajas ofrecidas por los MMCs posibilitan una serie de aplicaciones en diferentes sectores de la industria. El primer paso en la secuencia de fabricacin de materiales compuestos de matriz metlica es la seleccin adecuada del refuerzo y de la aleacin de la matriz. En la mayora de los casos, los principales criterios de seleccin involucran cuatro aspectos fundamentales: propiedades, fabricacin, costo y disponibilidad.7.1.- Industria aeronutica.Las principales propiedades requeridas para materiales de aplicacin aeronutica son elevada resistencia, rigidez y bajo peso; por lo tanto, los MMCs presentan un gran potencial en esta rea de aplicacin. Es de resear que los materiales cermicos son por su naturaleza resistente a la oxidacin y al deterioro a elevadas temperaturas los candidatos ideales para aplicaciones en motores de automvil y turbinas de gas de aviones si no fuera por su propensin a la fractura frgil.

Los MMCs estudiados para estas aplicaciones son esencialmente los reforzados con fibras continuas, ya que los whiskers y partculas no ofrecen resistencia suficiente a altas temperaturas. Los materiales ms desarrollados en este rea son los MMCs de matriz de titanio o inter-metlicos reforzados con mono fibras.

La industria aeroespacial tambin emplea los MMCs. Las aplicaciones estructurales incluyen materiales compuestos avanzados de matriz metlica de aleacin de aluminio; en el Transbordador Espacial se usan fibras de boro como refuerzo, y en el Telescopio Hubble fibras continuas de grafito.

7.2.- Industria de la automocin.La industria de la automocin est afrontando retos tecnolgicos importantes como los referidos a la reduccin del consumo de combustible, reduccin de emisiones, reciclado de materiales y aumento del rendimiento. Los MMCs son especialmente prometedores debido a sus buenas propiedades y a la posibilidad de adaptar esas propiedades a aplicaciones concretas. Hasta el momento, la principal barrera para su introduccin viene impuesta por la viabilidad econmica.

La reduccin del peso total del vehculo es importante para reducir el consumo de combustible. Por tanto, el uso de Al-MCs en componentes de frenos, especialmente en discos est suscitando un gran inters. El peso de un disco de freno puede reducirse en un 60% si se sustituye la fundicin convencional por un MMC adecuado. La elevada conductividad trmica de aluminio reforzado con SiC proporciona ventajas adicionales en su posible incorporacin a los sistemas de frenado.

Tambin se tiene en cuenta para la fabricacin de bielas y pistones ya que reducir el peso de estos componentes conlleva un importante beneficio y las aleaciones convencionales no soportan las condiciones de trabajo por resistencia y desgaste. Se han introducido algunos componentes de motor que consisten en una matriz de aleacin de aluminio que est reforzada con fibras de almina y de carbono; esta combinacin es ligera y resistente al desgaste y la distorsin trmica. Adems, se fabrican a base de esta tipo de materiales, cigeales (que tienen velocidades de rotacin ms altas y niveles reducidos de ruido por vibraciones), barras estabilizadoras extruidas y en componentes forjados para suspensiones y transmisiones.7.3.- Industria de armamento.Ya se han realizado investigaciones en el sentido de utilizar MMCs en misiles, siendo esta una reciente rea de aplicacin. Otra de las aplicaciones es la fabricacin de esferas de gua inercial de misiles, donde el requisito crtico es la rigidez del material. Materiales de matriz metlica con elevada fraccin volumtrica de partculas (40%) reforzando una aleacin de aluminio, en sustitucin del berilio, produce una reduccin en costes y evita problemas asociados con la toxicidad del berilio.

7.4.- Industria electrnicaLas aplicaciones de los materiales compuestos en electrnica estn relacionadas con el comportamiento trmico.

Elevadas fracciones volumtricas de partculas reforzando matrices de aluminio, o fibras de carbono reforzando aluminio, pueden combinar adecuadamente el coeficiente de expansin trmica con el de un substrato, mejorando la conductividad trmica y disminuyendo considerablemente el peso.

7.5.- Industrias para aplicaciones de ocio.La utilizacin de materiales compuestos de matriz metlica se ha evaluado para muchas aplicaciones en diferentes tipos de equipos deportivos, como por ejemplo, palos de golf, componentes para bicicletas (cuadro, corona, etc.), siendo difcil saber la importancia real de los MMCs en estas aplicaciones puesto que en este sector es comn aplicar estos materiales, ms por una estrategia comercial que propiamente por las ventajas tcnicas.

VIII. CONCLUSINLos materiales compuestos de matriz metlica estn en una situacin industrial de maduracin de la tecnologa. Es por ello que se debe esperar de ellos un importante crecimiento en su utilizacin y aplicaciones. Si consideramos adems, que los Al-MCs y reforzados con partculas pueden obtenerse mediante tcnicas de conformado baratas de grandes series, se augura para esta familia de materiales un futuro prometedor.

Carburo cementado WC-Co.

Las reas blancas corresponden a la matriz de cobalto; las regiones oscuras son partculas de carburo de tungsteno.