8.- Materiales compuestos.
Caso práctico
Leire y el resto del grupo han abandonado la biblioteca y se han acomodado en la terraza de una cafetería donde sirven deliciosos cafés. En la cafetería la televisión está encendido, y en ese momento están emitiendo una carrera de Fórmula 1...
- Ahora que veo los F1, hace unos días leí un artículo que decía que alrededor del 90% de estos aparatos está fabricado con algún tipo de material compuesto. - comenta Ander.
- Sí, así es, la mayoría son fibra de carbono reforzado con resina, este material compuesto es muy ligero y muy resistente a la fatiga y al impacto; muchos accidentes de F1 en los que el coche parece completamente destruido, el habitáculo (de este material) permanece íntegro salvando al piloto. - le responde Xabi. Y aunque su uso empezó a fraguarse en los F1 hoy en día se emplea también en la fabricación de los automóviles convencionales.
Se denomina material compuesto a todo material combinado a partir de una unión (no química) de dos o más componentes que da lugar a una combinación de propiedades específicas que no es posible de obtener en los materiales originales.
A menudo la tecnología actual exige materiales con elevados requerimientos, como por ejemplo, materiales con propiedades mecánicas y térmicas elevadas y densidades mínimas, o materiales de elevada dureza y también elevada tenacidad; en estos casos, se recurre a los materiales compuestos, denominándose como tal los materiales formados por dos o más componentes que manteniendo su identidad bien diferenciada a nivel microscópico, dan lugar a un material macroscópicamente homogéneo.
En cualquier material compuesto se diferencian la matriz (o fase matriz), que es el elemento más abundante y cuyas propiedades hay que potenciar, y el refuerzo (agente reforzante), siendo éste el elemento que está en menor proporción y el que potencia.
Las características que definen a los materiales compuestos son:
- Deben estar formados por dos (o más) materiales distintos y separables mecánicamente. Los componentes de un material compuesto no deben disolverse ni fusionarse completamente unos con otros.
- Deben poder fabricarse por medio de la mezcla de aquellos, de manera que la dispersión de uno en otro se pueda efectuar de manera controlada.
- Deben dar lugar a una combinación de propiedades que sea superior a las de sus componentes por separado (efecto sinérgico).
La selección de una u otra matriz depende de los requerimientos de la aplicación, diferenciándose en función del tipo de matriz, diferentes tipos de materiales compuestos:
- Compuestos de matriz polimérica. Se combinan (como refuerzo) con fibras de vidrio, de carbono...y son los de mayor importancia tecnológica.
- Compuestos de matriz metálica. Aluminio y partículas de SiC, titanio con SiC,...asimismo, los materiales para corte de metales son compuestos de matriz metálica con refuerzos cerámicos.
- Compuestos de matriz cerámica.
Existe otra clasificación de materiales compuestos en función de la naturaleza de la microestructura del refuerzo, así, se diferencian:
- Compuestos reforzados con partículas.
- Compuestos reforzados con fibras.
- Compuestos estructurales.
El campo de aplicación de estos materiales es amplísimo, con materiales compuestos podemos producir materiales ligeros, fuertes, dúctiles, resistentes a altas temperaturas, o bien, podemos producir herramientas de corte duras y a la vez resistentes al impacto, que de otra manera se harían añicos, etc. Los vehículos aéreos y aeroespaciales modernos por ejemplo, dependen de manera importante de materiales compuestos como los polímeros reforzados de fibra de carbono.
Otros ejemplos de materiales compuestos sintéticos son el hormigón (grava, arena y cemento), el hormigón armado (hormigón con refuerzos estructurales metálicos), la madera contrachapada, la fibra de vidrio (plástico reforzado con vidrio), etc. Los analizarás en el apartado que sigue.