6 COMPUESTOS MATRIZ CERÁMICA

Materiales Compuestos de Matriz Cerámica

• Buscan superar la fragilidad y falta de fiabilidad de los cerámicos monolíticos. La incorporación de una segunda fase mejora las propiedades mecánicas como la tenacidad y la fiabilidad.
• La adición de una segunda fase a las matrices cerámicas no es la única solución para mejorar sus propiedades, se investigan otras modificaciones en composición, diseño y procesado.
• Se clasifican según la morfología del refuerzo: fibras, partículas y whiskers. Esta clasificación se basa en la forma de la segunda fase incorporada.
• Las propiedades del compuesto dependen de las propiedades de la interfase matriz-refuerzo, no pueden ignorarse. Es crucial para la transferencia de tensiones y la fiabilidad general.
• La orientación de las fibras respecto a las tensiones aplicadas afecta las propiedades mecánicas del material compuesto. La orientación del refuerzo es crítica, especialmente en compuestos reforzados con fibras.
• Los coeficientes de dilatación térmica de la matriz y el refuerzo deben ser similares para evitar tensiones internas.
• Los whiskers son un tipo de refuerzo utilizado para mejorar la tenacidad y resistencia del material.
• Mecanismos de mejora de la tenacidad: microagrietamiento, deflección de grietas y curvado de grietas, ayudan a disipar la energía de fractura.
• La incorporación de dispersoides metálicos aumenta la dureza, pero también mejora la tenacidad. Estos dispersoides introducen deformación plástica en el material.
• Los materiales compuestos de matriz cerámica suelen tener un precio más elevado que los cerámicos monolíticos pero con mayor tenacidad.

Aplicaciones y Propiedades

• Los compuestos cerámicos reforzados con partículas son ideales para herramientas de corte debido a su alta resistencia al desgaste.
• Los compuestos cerámicos reforzados con fibras son más confiables a altas temperaturas que los reforzados con partículas, debido a que las fibras son más sensibles a las altas temperaturas por degradación estructural y oxidación.
• Los compuestos de matriz cerámica representan una tercera parte del mercado de herramientas de corte en EE.UU.
• Se utilizan en componentes de motores de combustión, válvulas y rodetes de turbinas por sus propiedades térmicas y mecánicas.
• El desarrollo de fibras más estables y recubrimientos protectores para cerámicas reforzadas con fibras se enfoca en aumentar la resistencia a altas temperaturas y oxidación.
• El efecto de puente sobre la grieta es un mecanismo que contribuye a la tenacidad de los compuestos al evitar la propagación de grietas.
• Los compuestos cerámicos reforzados con whiskers tienen mayor tenacidad que los cerámicos monolíticos.
• La fricción en la interfase matriz-refuerzo no es perjudicial, sino que, por el contrario, contribuye a la mejora de la tenacidad al disipar energía.
• Aplicaciones comunes del compuesto cerámico reforzado con partículas son cojinetes y toberas debido a su alta resistencia al desgaste.
• La inclusión de una segunda fase en un material cerámico mejora significativamente la tenacidad en comparación a los cerámicos monolíticos.

Este cuestionario explora los materiales compuestos de matriz cerámica, enfocándose en cómo la incorporación de una segunda fase mejora sus propiedades. Se analiza la clasificación de estos materiales según la morfología del refuerzo y la importancia de la interacción entre matriz y refuerzo. Además, se discuten factores críticos como la orientación de las fibras y propiedades mecánicas.