MATERIALES DE INGENIERIA

1. MATERIALES DE INGENIERIA METALOCERAMICOS PROFESOR : ING. ARNALDO FALCÒN INTEGRANTES: APAZA CHAMPI-MUÑIZ, JACK BERNALDO BASTIDAS , ANGEL ALAN BEZADA SANCHEZ, CESAR ALFREDO 2010-II

2. Historia

3. METALES • Los metales son aquellos elementos químicosque se caracterizan principalmente por ser excelentes conductores del calor y la electricidad, por ostentar una importantísima densidad y por mantenerse sólidos en temperaturas normales. CERAMICOS • Los materiales cerámicos son compuestos o soluciones inorgánicas de elementos metálicos y no metálicos. Debido a sus enlaces iónicos y covalentes son duros, frágiles, tienen baja conductividad eléctrica y térmica. Son buenos aislantes eléctricos y térmicos debido a la falta de electrones conductores. Son frágiles o vidriosos, poca elasticidad, mantiene las propiedades mecánicas a altas temperaturas.

4. METALOCERAMICOS • Metalocerámicos es un grupo de materiales compuestos por una mezcla íntima de componentes cerámicos y metálicos. • Metal + Cerámicos = Compuestos de matriz metálica (MMC) o matriz cerámica (CERMET). • Cermets pueden ser fabricados mediante la mezcla de los componentes, finamente dividido en forma de polvo o fibras, compactación de los componentes bajo presión, y sintetización de los compactos para producir las propiedades físicas que no se encuentra únicamente en cualquiera de los componentes.

5. Cermet • Se trata de un material compuesto de matriz metálica formado por 50 % en volumen de partículas de TiCN en una matriz de acero. El proceso de fabricación utilizado sigue la vía pulvimetalúrgica (PM) convencional, es decir, mezclado de polvos, prensado y sinterización en vacío. Para obtener una microestructura homogénea y propiedades adecuadas se requieren unas características determinadas de los polvos de partida, siendo crucial el tamaño de partícula y la etapa de mezcla. • PROPIEDADES • El atractivo de esta cerámica avanzada consiste en sus variadas aplicaciones y en la excelente combinación de sus propiedades, tales como resistencia al desgaste y a la corrosión, dureza, tenacidad y relativa baja densidad.  • La combinación con diferentes tipos de metales es infinita.

6. Alta conductividad electrónica (debido al Ni), alta conductividad iónica y excelente actividad catalítica para la oxidación electroquímica de combustible. • Entre los inconvenientes tenemos que los cermets son muy sensibles al envenenamiento por azufre, lo que obliga a trabajar con combustibles de alta pureza encareciendo el proceso.  • Propiedades mecánicas • Las propiedades mecánicas que exhiben los CMM son consideradas superiores con respecto a los materiales que los componen de manera individual. Dicho aumento en propiedades, depende de la morfología, la fracción en volumen, el tamaño y la distribución del refuerzo en la aleación base. Además dichos factores controlan la plasticidad y los esfuerzos térmicos residuales de la matriz.

7. Propiedades térmicas • Las propiedades térmicas fundamentales a considerar en los CMM son el CET y la conductividad térmica (CT) Dependiendo de la fracción de volumen de refuerzo, su morfología y su distribución en la aleación base, se obtienen diferentes valores de ambas propiedades. Ambos pueden ser modificados por el estado de precipitación de la matriz y por el tipo de aleación de la matriz. Es así como el CET de las aleaciones de titanio es muy similar a algunos tipos de fibras reforzantes, lo cual se considera una ventaja ya que se disminuyen los esfuerzos residuales debido a la diferencia térmica entre las fibras y la matriz.

8. APLICACIONES • Cermet es aplicable en todo tipo de industria y es utilizado cada vez con más frecuencia en las actividades vinculadas con el gas, el petróleo, la minería, la pulpa de papel, la industria química y petroquímica y cualquier otra situación en la cual las piezas estén sometidas a ataques o desgastes.Los siguientes son algunos ejemplos de aplicaciones: • -En resistencias (especialmente potenciómetros), condensadores debido a que soportan altas temperaturas. • -En los tubos de vacío ya que son clave para los sistemas de agua caliente. • -En los sellos mecánicos para aislar las secciones eléctricas de los generadores de turbinas impulsadas diseñadas para operar en metal líquido vapores corrosivos. • -En biocerámica ya que funcionan bien dentro del cuerpo humano, y funcionan dentro de éste sin cambios.

9. - Asientos de válvulas • -Bombas (tanto en cuerpos como especialmente en rotores)-Ciclones (principalmente en sus bocas)-Tubos intercalados en cañerías de todo tipo. -Intercambiadores de calor (en la entrada y salida, tubos, etc.) • - Partes de turbinas • - Toberas • - Engranajes • - Inyectores • - Soportes de hornos • - Separadores magnéticos • -Baldosas, muñones, discos, etc. • - Asientos de válvulas en motores a explosión. •  -En odontología para implante y prótesis. • -En transporte para materiales de fricción como frenos y embragues. • -En mecanizado de herramientas de corte.

10. Aplicaciones en Odontología • Coronas de porcelana fundida a metal: • Usadas como restauraciones individuales y como retenedores para dentadura. Lo más importante de las restauraciones del metal-porcelana es su mayor solides y resistencia a la fractura. • La porcelana y el metal tienen puntos de fusión y coeficientes de expansión térmica compatibles. • Las coronas dentales confeccionadas de porcelana fundida sobre metal son más resistentes que las versiones cerámicas puras y más agradables estéticamente que aquéllas confeccionadas de metal.

11. APLICACIONES DE LOS CMM EN EL SECTOR ELÉCTRICO Y ELECTRÓNICO • Industria Eléctrica • Las aplicaciones más sobresalientes en este sector son los materiales para transformadores, conectores eléctricos, alambres superconductores, soportes de contactos eléctricos y partes de interruptores, entre otros. • Alambres para la conducción de energía eléctrica • Los superconductores han mostrado gran potencial para el uso en cables de transmisión de potencia, cables de comunicación y aplicaciones en el campo magnético en los generadores superconductores. Sin embargo, su uso prácticamente ha sido limitado debido a la fragilidad inherente de los tipos de óxidos y los intermetálicos de los superconductores, a la baja densidad de la corriente crítica, al campo magnético crítico y a pérdidas AC. • Materiales compuestos basados en semiconductores • Su desempeño depende de la magnitud de la respuesta eléctrica (corriente, voltaje) o una respuesta óptica (emisión de luz luminiscente). • Estos materiales compuestos tienen una variedad de aplicaciones optoelectrónicas, que incluyen dispositivos de emisión de luz y switches ópticos, los cuales pueden ser usados en dispositivos fotovoltáicos y como sensores químicos/biológicos.

12. Industria Electrónica   • Los materiales para paquetes electrónicos son requeridos para soportar estructuralmente los componentes electrónicos, proveer protección de los efectos ambientales hostiles y disipar los excesos de calor generados por los componentes electrónicos. Las propiedades mecánicas, físicas y térmicas de mayor importancia en éste tipo de aplicaciones incluyen alta rigidez, una alta CT, muy bajo CET y muy baja densidad [16], [25]. • Una aplicación específica está dada por el uso de Al/SiC para semiconductores de potencia en comunicación satelital, como empaques térmicos de dispositivos microondas, en placas de base cerámicas de componentes electrónicos, en el control térmico de estaciones base de teléfonos celulares, de computadores laptop y de componentes para locomotoras eléctricas [15]. • En la tabla se listan algunas aplicaciones de los composites de matriz metálica en el sector electrónico y a continuación se dan algunos ejemplos del desarrollo de los CMM utilizados en este sector.

13. DESARROLLO DE NUEVOS COMPONENTES METAL/CERAMICA • Actualmente se están investigando fundamentalmente dos tipos de interfaces metal/cerámica: • Materiales producidos mediante metal líquidos (principalmente aluminio) mezclado directamente con partículas cerámicas (contenido menor al 25% de las partículas). • Materiales producidos por un proceso de infiltración a baja presión de partículas o fibras (con un refuerzo superior al 70%). • Estos materiales poseen interesantes propiedades para diversas industrias, tales como el sector de la automoción y las industrias de microelectrónica.

14. CONCLUSIONES • Metalocerámicos es un grupo de materiales compuestos por una mezcla íntima de componentes cerámicos y metálicos. • También se trabaja en el desarrollo de materiales resistentes al fuego. La principal aplicación en este caso es el desarrollo de materiales de construcción que soporten bien las altas temperaturas que se desarrollan durante un incendio y permitan que las estructuras permanezcan estables durante más tiempo. • El atractivo de esta cerámica avanzada consiste en sus variadas aplicaciones y en la excelente combinación de sus propiedades, tales como resistencia al desgaste y a la corrosión, dureza, tenacidad y relativa baja densidad. • Dependiendo de la base de un material se tiene Compuestos de matriz cerámica (CMC) y los compuestos de matriz metálica (MMC). • Cermet es aplicable en todo tipo de industria y es utilizado cada vez con más frecuencia en las actividades vinculadas con el gas, el petróleo, la minería, la pulpa de papel, la industria química y petroquímica y cualquier otra situación en la cual las piezas estén sometidas a ataques o desgastes. • Las coronas dentales confeccionadas de porcelana fundida sobre metal son más resistentes que las versiones cerámicas puras y más agradables estéticamente que aquéllas confeccionadas de metal.