Fases del Proceso de Fabricación de los Materiales Cerámicos

El proceso de fabricación de los materiales cerámicos comprende las siguientes fases:

1. Preparación: Trituración de las materias primas, separación por tamaño de grano y mezcla de los distintos ingredientes con adición de agua, aglutinantes y desecadores.
2. Conformación: Dar forma definitiva al material cerámico según formatos normalizados.
3. Desecación: Trata de eliminar de la pieza conformada el agua y los demás líquidos añadidos en la primera fase. Puede durar días o semanas.
4. Cocción: Se realiza en las cerámicas corrientes en hornos. Es importante la temperatura alcanzada, el modo de alcanzarla y la forma de enfriar, y sirve para darle propiedades específicas a los materiales.

Definición de Cermetos y sus Aplicaciones

Los cermetos son materiales formados por la sinterización de cerámicos y metales. Se destacan por su buena conductividad térmica, alta resistencia al choque térmico y excelentes propiedades mecánicas. Son ideales en aplicaciones que requieren resistencia a la corrosión y alta resistencia mecánica. Algunos usos incluyen bombas para manejar oxígeno líquido o sodio líquido, cámaras de combustión y ciertos cojinetes para cohetes y proyectiles.

Diferencia entre Monómero y Polímero

La principal diferencia es que los monómeros son compuestos que se unen a otras moléculas pequeñas para formar macromoléculas, y los polímeros son mezclas de macromoléculas formando cadenas moleculares.

Fases de la Polimerización

Se distinguen las siguientes fases o periodos en la polimerización:

• De iniciación: La reacción progresa lentamente.
• De propagación: La velocidad aumenta a un gran ritmo hasta el 90% de la transformación.
• De terminación: La velocidad disminuye y cuando alcanza el 98% de transformación se anula.

Influencia de la Temperatura en el Comportamiento de los Polímeros

Al elevar la temperatura se consigue el movimiento vibratorio de pequeños segmentos de la cadena alrededor de posiciones fijas, lo que lleva al cambio de propiedades. A temperaturas más elevadas el polímero adquiere un comportamiento viscoelástico. Si seguimos aumentando la temperatura, las partículas deslizan por completo una sobre otra. Este cambio se produce a la temperatura de fluidificación o de fusión. Por encima de esta temperatura el polímero se comporta como un líquido viscoso. Al alcanzar la temperatura de descomposición se rompen las moléculas de polímeros y el material se vuelve inservible.

Clasificación de los Plásticos por su Constitución Química

Los plásticos se clasifican, según su constitución química, en:

• Productos naturales transformados: Los de mayor importancia son los derivados de la celulosa, caseína y caucho.
• Policondensados: Se pueden distinguir dos tipos:
  • Condensados en equilibrio reversible.
  • Condensados en equilibrio irreversible.
• Polimerizados: Entre ellos se pueden distinguir los grupos:
  • Polivinílicos.
  • Polialdehídos.
  • Poliamidas.
• Productos de condensación hidrolizante: Este tipo está formado por las siliconas, que forman un grupo de plásticos termoestables en los que interviene el silicio.

Clasificación de los Polímeros según su Estructura

Los polímeros se clasifican según su estructura en tres tipos:

• Termoplásticos: Polímeros de cadena lineal o ramificada, moldeables varias veces, aunque en la práctica tienden a degradarse. Son duros y frágiles, con intervalos de fusión.
• Termoestables: Forman redes tridimensionales con enlaces covalentes cruzados. No pueden moldearse una vez formados y se obtienen mediante reacciones de polimerización.
• Elastómeros: Incluyen el caucho. Poseen cadenas intermedias con enlaces cruzados que les permiten deformarse elásticamente sin perder su forma permanente.

Clasificación de los Plásticos por su Constitución Química

Los plásticos se clasifican, según su constitución química, en:

• Productos naturales transformados:
  • Derivados de la celulosa.
  • Derivados de la caseína.
  • Derivados del caucho.
• Policondensados:
  • Condensados en equilibrio reversible.
  • Condensados en equilibrio irreversible:
    • Fenoplastos.
    • Aminoplásticos.
    • Alquílicos.
• Polimerizados:
  • Polivinílicos.
  • Polialdehídos.
  • Poliamidas.

Definición de Aditivos y su Clasificación

Aditivos: Productos que se añaden a los plásticos para obtener algunas propiedades específicas.

• Catalizadores: Modifican la velocidad de reacción.
• Rellenos: Se añaden para mejorar la resistencia a la carga, el desgaste, las propiedades mecánicas o aumentar el volumen.
• Plastificantes: Son moléculas de poco peso molecular, que, reduciendo la temperatura de transición vítrea, mejoran las características de conformación del polímero.
• Estabilizadores: Impiden el deterioro del polímero provocado por el medio ambiente.
• Disolventes: De acción similar a la de los plastificantes.
• Refuerzos: La resistencia y la rigidez de los polímeros se mejoran introduciendo filamentos de vidrio, polímero o grafito.
• Retardadores de la combustión: Como los polímeros son inflamables, conviene reducir esta posibilidad añadiéndole aditivos.

Fases Utilizadas en la Conformación de Polímeros

1. Obtención del material: Por un proceso de polimerización o policondensación.
2. Mezcla: Se añade algún aditivo.
3. Elaboración: Por alguno de estos procesos:
   1. Moldeo por extrusión: El material caliente sale por un orificio a presión.
   2. Moldeo por soplado: Se introduce en un molde un globo caliente de polímero, el cual es empujado a las paredes del molde.

Definición de las Fibras y su Clasificación

Fibras: Productos filamentosos de origen natural o artificial, formados por polímeros de cadena alargada. Poseen resistencia, elasticidad, flexibilidad y tendencia a enredarse. Pueden ser hiladas y tejidas.

Hay diferentes tipos de fibras:

• Fibras naturales:
  • Vegetales como el algodón y el lino.
  • Animales como la lana y la seda.
• Fibras artificiales y sintéticas:
  • Artificiales: Obtenidas por transformación química de polímeros orgánicos, sometidas a hilado posterior. Ejemplos: Fibras celulósicas, fibras proteínicas y fibras algínicas.
  • Sintéticas: Obtenidas por hilado de macromoléculas de masa molecular baja. Según su proceso pueden ser fibras producidas por policondensación o fibras obtenidas por polimerización. Las fibras de este grupo son muy resistentes y elásticas, no se alteran por la humedad, son resistentes a altas temperaturas y buenos aislantes.

Definición de Elastómero y sus Características

Constituyen un grupo de polímeros cuya elasticidad es mayor que la de los otros sólidos. Sus características son:

• Están formados por cadenas largas enrolladas en forma de ovillos y que se pueden desenrollar, lo que origina una parte de deformación plástica que no se recupera al cesar la fuerza.
• Su temperatura de trabajo, generalmente la de ambiente, es superior a T_v.
• Tienen posibilidad de establecer enlaces cruzados para impedir el flujo plástico.

Clasificación de las Fibras Atendiendo a su Composición

• Fibras no metálicas: Donde destacan las de vidrio, carbono y la de aramida.
• Fibras metálicas: Destacan zunchos en hormigón armado, refuerzo radial en las llantas, arrollamientos de alambre de mangueras de presión.
• Whiskers: Pequeños monocristales de boro, grafito, silicio, acero, etc.

Materiales más Utilizados para la Formación de Matrices

La matriz ha de tener propiedades elásticas y plásticas, además de una baja densidad y alta resistencia, por lo que los materiales más utilizados para matrices son: polímeros, metales y cerámicas.

Diferencia entre Refuerzo por Dispersión y por Precipitación de Partículas

En la dispersión propiamente dicha la matriz es metálica y la fase reforzante está formada por partículas duras, inertes y de tamaño inferior a una micra. Debido a que las partículas pequeñas obstaculizan el movimiento de las dislocaciones, originan un efecto pronunciado de endurecimiento; sólo se requieren pequeñas cantidades del material disperso. Las dislocaciones constituyen defectos lineales e imperfecciones locales de las redes cristalinas.

En la dispersión por precipitación de partículas, el tamaño de las partículas es 10 veces mayor, por lo que su efecto no se concentra sobre las dislocaciones, sino sobre la matriz, obstaculizando su fluencia y provocando su efecto reforzador. El tamaño de las partículas precipitadas y de la matriz deben ser similares.

Cómo Actúan las Tensiones en los Materiales Compuestos Reforzados con Fibras Continuas

Mientras las tensiones sean pequeñas, puede admitirse que la deformación en ambos será elástica, cumpliéndose así la ley de Hooke. Al aumentar la tensión, cabe esperar que fibra y matriz no alcancen simultáneamente el límite elástico y, mientras la fibra se encuentra todavía en el periodo elástico, la matriz estará ya deformándose en el plástico.

Clasificación de las Fibras Atendiendo a su Composición

Las fibras se clasifican en tres tipos:

• Fibras no metálicas:
  • Fibra de vidrio: Filamentos de vidrio inorgánico con alta resistencia a tracción, pero sensibles a alargamientos.
  • Fibra de carbono: Fibras carbonizadas con alta resistencia mecánica y rigidez, pero baja resistencia a fricción e impacto.
  • Fibra de aramida: Fibra sintética con gran resistencia al impacto, alta rigidez, tenacidad y capacidad de absorción de energía.
• Fibras metálicas: Utilizadas en hormigón armado y refuerzos, fabricadas por trefilado frío para lograr máxima resistencia mecánica.
• Whiskers: Monocristales de vapores metálicos, óxidos o carburos con alta resistencia, bajo peso y elevado módulo elástico, aunque pierden resistencia en el periodo plástico.

Procesos de Fabricación de Materiales Compuestos con Matriz Polimérica

Se enumeran cuatro procesos de fabricación:

• Moldeo por contacto manual.
• Moldeo por vacío.
• Moldeo por inyección.
• Estampación en frío.
• Procesos de molde abierto.
• Proceso de molde cerrado.
• Método en húmedo.
• Método en seco.

Materiales más Utilizados para la Formación de Matrices

Los materiales más utilizados para la formación de matrices son los polímeros, metales y cerámicos.

Definición de Concreto y Tipos de Agregados

El hormigón (concreto) es un material compuesto formado por una mezcla de agua, cemento, arena y grava. Las propiedades de este dependen mucho de la cantidad de sus componentes individuales. Por tanto, estos deben cumplir unas normas y requerimientos apropiados. Además de que es necesaria mucha experiencia para conseguir mezclas adecuadas y realmente eficientes.

Los agregados que se le pueden añadir son principalmente de dos tipos: gruesos y finos, y se establecerán estos en función de la consistencia deseada.

Propiedades Mecánicas del Concreto

La resistencia a tracción de un hormigón es un 10% de su resistencia de compresión. Es necesario en ciertas ocasiones que presente resistencia a la flexión, para lo cual se refuerzan con varillas o alambres de acero, que soportan los esfuerzos de tracción, con lo que mejora su resistencia a la flexión.

Diferencia entre Oxidación y Corrosión

La oxidación es la combinación de un material con oxígeno de tal forma que se forman óxidos más o menos completos.

Material + Oxígeno → Óxido del material + Energía

Pueden ser endotérmicos (la reacción absorbe energía) o exotérmicos (emite energía). Por otro lado, la corrosión es la oxidación que se produce en un medio húmedo o en presencia de sustancias agresivas para el material. La diferencia es que la corrosión es más peligrosa, ya que la capa de óxido no se deposita en el material sino que se desprende, de tal forma que este no tiene protección.

Métodos para Proteger contra la Oxidación

La oxidación consiste en la combinación de un material con oxígeno, formándose óxidos más o menos complejos. Hay dos métodos para proteger contra la oxidación:

1. Elementos de aleación: Se añade un elemento de aleación que tenga una energía de oxidación mayor (se oxida antes) y una velocidad de oxidación menor (la oxidación es lenta). Si se produce una ralladura, el metal de aleación vuelve a oxidarse y renueva la protección. Este es el fundamento de los aceros inoxidables.
2. Recubrimientos superficiales: Se recubre con un metal que tenga dificultad para oxidarse (Au, Cr). El metal base no se oxida al quedar aislado de la atmósfera. Cualquier defecto o ralladura pone en contacto el metal base con la atmósfera oxidante y el metal se oxida. Dependiendo del tipo de óxido, este expulsa al metal de recubrimiento y la oxidación se produce a gran velocidad.