guia de estudio caracterizacion 1
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8/18/2019 Guia de Estudio Caracterizacion 1
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Historia de los materiales
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Edad de piedra (hasta ~3000 A.C.)• El hombre primitivo desarrolló una gran
destreza para crear armas punzo-cortantes, tales como cuchillos, flechas ylanzas, para defenderse de las bestias.
• El hombre del neolítico descubrió que laarcilla (barro se ablandaba al mezclarsecon agua, y se endurecía al secarse.Este ciclo de ablandamiento-endurecimiento se podía repetir una yotra vez al ir a!adiendo agua. "uandose introducían los bloques de arcillah#meda dentro de una hoguera por undeterminado tiempo, $stos quedabanpermanentemente endurecidos alenfriarse y eran resistentes al agua.
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Edad del cobre%orígenes de la metalurgia (5000 a 1500 A.C.)
•El hombre neolítico descubrió que el cobrenatural podía ser suavizado al calentarlo, yendurecido al deformarlo mediante martilleo.El cobre desplazó progresivamente a la piedra y se
posicionó como el material preferido por el hombre para la fabricación de herramientas yob&etos ceremoniales.'in embargo, una vez que el cobre natural
•
• escaseó, el hombre se vio obligado a poner suatención en los metales contenidos en losminerales.
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Edad de bronce%desarrollo de aleaciones (2000 – 0 A.C.)
• os metales puros eran demasiado suavespara ser empleados como armas.
• )escubrieron que al mezclar mineral de esta!o ymineral de cobre, previo al proceso de fundición,el producto resultante presentaba venta&assignificativas en relación con todos los metalesconocidos hasta entonces.• El nuevo material era: * *
+ s f cil de fundir que el cobreodía fluir m s f cilmente dentro de los
moldes (sin burbu&as de gas'e endurecía m s r pido despu$s de servaciado
odía endurecerse m s mediante el martilleo.
* *
• El hombre primitivo descubrió, desarrolló yperfeccionó las t$cnicas que permiten producirmetales con propiedades sustancialmente diferentesa las de sus constituyentes individuales es decir,inventó las aleaciones.
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Edad•
de hierro (1000 A.C. – 1950 .C.)/0ierro bueno1 2 3nventado accidentalmente por loshititas (4urquía
• 'e calentaba el hierro dentro de un horno de carbón, semartillaba la pieza para compactarla y se removía el ó5idoproducido, repitiendo el procedimiento varias veces.
• )urante el calentamiento en el horno, los tomos decarbono se difundían hacia el interior del hierro,6produciendo acero de ba&o carbono.
• 7unca se descubrió que el carbono era el responsable del/hierro bueno1, sino hasta 899: d.". (6casi ; mil a!osdespu$s< .
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=evolución industrial!i"lo #$%%%
• +ano del hombre desplazada por m quinas(construidas casi totalmente de hierro .
• a metalurgia cobró nuevos horizontes
• )esarrollo de medios de transporte (ferrocarrilbarcos de vapor
y
• 'e facilitaron las travesías comerciales entre lassociedades a lo largo de nuevos canales denavegación y carreteras.
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>y en la actualidad?@ue hasta a!os recientes que los científicos lograronentender lamateriales
relación entre los elementos estructurales de losy sus propiedades. A partir de entonces se
desarrollaron miles de materiales.
• Era de los polímeros?• Era del 'ilicio?4odos los
componenteselectrónicos
4odos los pl sticosincluyendote5tiles
fibras
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>Bu$ son la "iencia y la 3ngenieríade +ateriales?
• a &ien&ia de los materiales investiga larelación entre la estructura y las propiedades delos materiales.
• a in"enier'a de los materiales se fundamentaen las relaciones propiedades-estructura ydise!a o proyecta la estructura de un materialpara conseguir un con&unto predeterminado depropiedades.
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" A'3@3"A"3C7 )E C'+A4E=3A E'
METALES
CERAMICOSPOLIMEROS
METAL- POLIMEROS
POLI-CERAMICOS
METAL- CERAMICOS
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METALICOS
NO METALICOS
FERROSOS
NO FERROSOS
ORGANICOS
INORGANICOS
HULE
ACEROS
HIERROS
MADERA
NIQUEL
ALUMINIO
PLASTICOSPROD DEL PETROLEO
COBRE
CERAMICACEMENTO
MINERALES
PIELPAPEL
GRAFITOVIDRIO
CLASIFICACIÓN DE LOSMATERIALES
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" A'3@3"A"3D7)E C' +A4E=3A E'
* METALES Y ALEACIONES
* CERAMICOS VIDRIOS YVITROCERAMICOS
* POLIMEROS
* SEMICONDUCTORES
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" A'3@3"A"3D7 )E C'+A4E=3A E'
* !+ ,+-C% -A % A
AE* E! AC%A E!
/% E %C !E! *+C +*A E!
%- E % E- E!
%C !EC. E E-E* %A
A /%E- E
E EC * -%CA
A -E %C !
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UNIDAD I.
MATERIALES COMPUESTOS
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4- %CEDefnición
Ventajas e inconvenientes
TipologíasRe uerzo por partículas
Re uerzo por fbras
Laminados
Estructuras sánd ic!
"plicaciones
A E*%A E! C +E! !
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A E*%A E! C +E! !
Objetiv !
#$%$#ER
&'u( son)uáles son
suselementos)
*"+ER
&*usventajas&Las
oportunidades
E%TE%DER
&*usaplicaciones
&*uspropiedade
s
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=
+aterial formado por dos o m s constituyentes, de formaque las propiedades del con&unto sean superiores a las de loscomponentes por separado
Materialcompuesto
+
E,%-%C% -
Refuerzo
Matríz
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7ue es la matri8De"#i$i%#•Es la ase continua, sostiene los elementos de re uerzo, daconsistencia -continuidad al material.
F$i #e!
•"glutinar los re uerzos.• Trans erir las cargas aplicadas sobre la matriz !acia los
re uerzos.
•/roteger la superfcie de los re uerzos de la abrasión
mecánica.
•/roveer al re uerzo de una barrera contra los e ectos del
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i os de matri&es
1etálicas 234 5 647re uerzo8
#erámicas.
/olim(ricas.
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67ue es el re;uer8o
De"#i$i%#•El re uerzo es el componente del material compuesto0ue soporta la carga Los re uerzos pueden serpartículas, fbras o elementos estructurales como severá mas adelante.
F$i #e!
• 1ejorar las características dela matriz.•
oaislamiento,
$torga características deconductividad el(ctricaestabilidad t(rmica, propiedadesestructurales.
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i os de re;uer8o
• /artículas.• 9ibras. * :!is;ers 2per ección cristalina8. * 9ibras 2polímeros o cerámicos8.
* "lambres 2grandes diámetros acero, molibdeno -tungsteno8.• Láminas -
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6Ctil0ue (sta se encuentre en estado lí0uido.
•El grado de impregnabilidad es la capacidad
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E,%-%C% -
-o se &onsiderar'an materiales &om uestos:• ateriales naturales
- +adera (fibras enrolladas de celulosa lignina- 0ueso (colageno cristales inorg nicos agua grasas- +#sculos
• ateriales tradi&ionales o ma&ros&< i&amente homo">neos- 0ormigón- Aleaciones met licas- Adobe
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6 or ?u> usar materiales &om uestos
Por su alta resistencia
Por su bajo pesoPor su flexibilidad
Por su estabilidad dimensional
Por su alta resistencia diel ctrica
Por su capacidad de consolidaci!n de partesPor su resistencia a la corrosi!n
Por su "ariedad de acabados
$E- A@A! E %-C -$E-%E- E!
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$E- A@A! E %-C -$E-%E- E!
Fibra de carbono:
2-8 veces más resistente que el acero
4 veces más ligero
7 veces más resistente que el aluminio
1,5 veces más ligero
Fibra de vidrio:
2-6 veces más resistente que el acero
3 veces más ligero
5 veces más resistente que el aluminio
Densidades similares
6 or ?u> usar materiales &om uestos
Por su estabilidad dimensional
Por su alta resistencia diel ctrica
Por su alta resistencia
Por su bajo peso
Por su flexibilidad
Por su capacidad deconsolidaci!n de partes
Por su resistencia a la corrosi!nPor su "ariedad de acabados
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$E- A@A! E %-C -$E-%E- E!
6 or ?u> usar materiales &om uestos
Por su flexibilidadPor su estabilidad dimensional
Por su alta resistencia diel ctrica
Por su alta resistencia
Por su bajo peso
Por su capacidad deconsolidaci!n de partes
Por su resistencia a la corrosi!n
Por su "ariedad de acabados
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$E- A@A! E %-C -$E-%E- E!
6 or ?u> usar materiales &om uestos
Por su alta resistencia
Por su bajo peso
Por su flexibilidadPor su estabilidad dimensional
Por su alta resistencia diel ctrica
Por su capacidad de consolidaci!n de partes
Por su resistencia a la corrosi!nPor su "ariedad de acabados
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$E- A@A! E %-C -$E-%E- E!
imita&iones de los materiales &om uestos
Existe la creencia de #ue no son duraderos
$o existe una tradici!n de dise%o con estos materiales
Las &erramientas de c'lculo no son tanconocidas ni est'n ampliamente extendidascomo para los metales
(alta informaci!n sobre su comportamiento
El coste de la materia prima es ele"ado
En al)unos casos* existen peli)ros para la salud en losprocesos de fabricaci!n en ciertosEl peli)ro de fue)o puede serma+ormateriales
Los mecanismos de da%o son m's complejos
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$E- A@A! E %-C -$E-%E- E!
Costo
• Materia prima
• Procesos de fabricación
• Diseño
Elevados
Menores que los
metales
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C A!%,%CAC% -
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A* 4C+ A!Las part,culas no constitu+en un refuer-o eficiente desde el punto de "ista de
las propiedades mec'nicas.Este tipo de refuer-o es usado paramejorar otras propiedades o
para incorporar caracter,sticas multifuncionales en un material.
Part,culas cer'micas incrementan la ri)ide- + la temperatura de ser"icio de las
matrices met'licas
Part,culas d/ctiles aumentan la tenacidad de fractura en matrices fr')iles
* %E A E! EC %CA! E !
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* %E A E! EC -%CA! E !A E*%A E! C +E! ! C - A* 4C+ A!
•#on este tipo de re uerzo, se mantienenbuenas propiedades a altas temperaturas - porlargos períodos de tiempo.
•"-udan a reducir la contracción 0ue su ren losmateriales luego de un proceso de moldeo.
•/ueden elevar la dureza e incrementar laresistencia a la compresión.
•*i las partículas son suaves, se puede mejorar lalubricidad- la resistencia al desgaste.
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,%/*A!*on materiales de mejor resistencia a la atiga,
rigidez - relación resistencia@ peso al incorporar
fbras resistentes - rígidas, en una matriz más
blanda - d>ctil.El material de la matriz transmite la carga a las
fbras, las cuales soportan la ma-or parte de la
uerza aplicada.
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* %E A E! EC -%CA! E !A E*%A E! C +E! ! C - ,%/*A!
• +ásicamente depende de la orientación.• Las fbras continuas en orma de !ojas o láminas se utilizan
para, deliberadamente, !acer del material compuestoresistente en una dirección en particular 0ue está a lo largo
del eje principal de carga.• De esta manera, se crea la posibilidad de orientar las fbras
en la dirección en 0ue se aplicará la ma-or carga, lo cualincrementa la efciencia del re uerzo
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circular*
cuadrada o• La secci!n trans"ersal puedeser &exa)onal
• 0i'metros1 2*3 micras 4 5*6 mm• Esbelte-1 L70 ∼ 655
Fibras cortas
!is"ers
•(ibras cortas monocristalinas* "irtualmente sin defectosAcero1 Resistencia mec'nica 5*8 9Pa
•:&is;er de acero1 Resistencia mec'nica 25 9Pa
*E,+E*B * ,%/*A!
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%-A!Las propiedades de estos compuestos no solo dependen de las
propiedades de sus materiales constitu-entes, sino 0ue sonuertemente dependientes de la geometría de los elementosestructurales.En unción de la orientación de las láminas, el materialcompuesto presenta
una resistencia mecánica considerable.
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E,%-%C% - E A %-A !
Sublaminado1 Los laminados se forman a partir de la repetici!nde un n/mero finito de l'minas con diferentes orientaciones
Ejemplo: [ 0 / 45 / -45 / 90 ]
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as l minas se definen desde el e5terior hacia el interior del laminado.'e indicar con un n#mero el ngulo que forman las fibras con la dirección dereferencia y, mediante un subíndice, el n#mero de l minas repetidas con esaorientación.'e utilizar el subíndice T para indicar que el laminado ha sido definido en sutotalidad.En laminados sim$tricos, sólo se e5presar la secuencia de apilamiento de unode los lados y utilizando el subíndice S para indicar la simetría.
E,%-%C% - E A %-A !
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o 45
0 o
o 45 45 o
o0
o0
90 o lano
medio
[0 / ± 45 / 0 / 90 ] s
0 o
45o
90 o
E,%-%C% - E A %-A !
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A %-A !•Ti, +e $ #!tit& e#te!
FIBRAS- FIBRA DE
CARBONO
- FIBRA DE
VIDRIO
- FIBRA DE
ARAMIDAMATRICES
- RESINA DE
POLI STER
- RESINA
VINIL STER
- 9A+R" DE #"R+BR$ DE
*ALA#A$
- 9A+R" DE +$R$
- 9A+R" DE #B"RC$
- RESINA EPO/I
- RESINAS DE
BISMALEIMIDA
- POLIIMIDA Y STERES
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Fibras * +idrio
Es e# ref$er,o m(s $ti#i,ado en #a fabricación de materia#escomp$estos
Propiedades?ajo costo
Resistencia a la corrosi!nAlta ad&erencia fibra=matri-Aislante el ctricoPermeabilidad diel ctrica?ajo coeficiente de dilataci!n
Alta resistencia mec'nica pero menor #ue otras fibras
A %-A !
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un balance adecuado de+idrio E) La m's empleada* presentapropiedades con un coste moderado.
+idrio R o S . 0e ma+ores caracter,sticas mec'nicas* resistencia +ri)ide-. Empleada en aeron'utica + en defensa.
+idrio D) Altas propiedades diel ctricas. Se utili-a en aplicacionesdonde se precise permeabilidad a las ondas electroma)n ticas.
+idrio A) Menores resistencia + ri)ide- #ue el "idrio Epero con ma+or resistencia al ata#ue #u,mico.
@ariedades de fibra de "idrio
A %-A !
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Altas propiedades mec'nicasMaterial anis!tropo
?aja resistencia al impacto9ran estabilidad dimensional asociada aun coeficiente de dilataci!n mu+ bajoConducti"idad t rmica ele"adaPuede fa"orecer la corrosi!n )al"'nica?uena resistencia a la fati)a
combinadasEs #a fibra con me ores propiedades mec(nicascon $na densidad ba a
Fibras * Carbono
A %-A !
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Fibras * Ar(mida
Es $na fibra or.(nica sint/tica fabricada por !i#ado de $npo#0mero 1po#iamida arom(tica de tipo po#iterefta#atode po#ifeni#endiamina2
3istoria*
=Desarro##o* 4567-4587=Act$a#idad* Di9ersos fabricantes %denominaciones
=A:;O T AROPO
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A *%CE!
F$nciones de #a matri,
Transmitir la fuer-a entre las fibrasMantener las fibras en su posici!nProte)er a las fibras del medio ambiente
Re&$erimientos de #a matri,
Resistencia a cortaduraTenacidadResistencia a la &umedad + al medio amienteCoste
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Resina epoxiResinas poliesterResinas fen!licasResinas "inilester
Matrices termoestab#es Matrices termop#(sticas
Polipropileno PoliamidasPolicarbonato
Tipos de matrices po#im/ricas
A *%CE!
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Matrices termoestab#es
Resina epo i
•Es un pol,mero termoestable #ue contiene en su mol cula dos o m'sfunciones epox,dicas o )lic,dica.
Propiedades
•?uenas propiedades mec'nicas &asta 6 5BC•?uena resistencia a los a)entes #u,micos* especialmente a losata#ues de alcali
•Pose una buena concentraci!n durante la polimericaci!n•Es bastante sensible a la presencia de &umedad•Re#uiere un a)ente de curado
A *%CE!
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m's importantesfamiliautili-adas en la fabricaci!n
de las resinasdemateriales
Constitu+en latermoestablescompuestos.
Propiedades9ran capacidad para impre)nar las fibras de "idrioPermite conse)uir materiales compuestos con buenas propiedades
mec'nicas + )ran li)ere-aSon productos inestables #ue re#uieren un almacenamiento
controlado
Matrices termoestab#es
Resina po#i/ster
A *%CE!
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