Material konposatu

Materialen zientziaren arabera, material konposatu edo konposite izena (konposite) hartzen dute material bat baino gehiagoz eratuak dauden materialek, beren jatorrizko materialekin soilik lortzen ez dituzten propietateen konbinaketak lortzen dituztenak. Konposatu hauen aukeraketa, ohikoak ez diren zurruntasuna, erresistentzia, pisua, tenperatura altuen aurrean duten errendimendua, korrosioarekiko erresistentzia, gogortasuna edo eroankortasun-konbinaketak lortzeko egiten da^[1]. Materialak konposatuak dira ondorengo ezaugarriak dituztenean:

Fisikoki eta mekanikoki bereiz daitezkeen bi osagai edo gehiagoz osatuak daude.
Kimikoki ezberdinak diren hainbat fase aurkezten dituzte, erabat disolbaezinak beraien artean eta interfase batez bananduak.
Bere propietate mekanikoak, bere osagaien propietateen batura sinplearen gainetik daude (sinergia).
Aleazio metalikoak bezalako material polifasikoak, zeinetan tratamendu termiko baten bidez bertan diren faseen konposizioa aldatzen den, ez dira material konposatuak^[2].

Material hauek material zeramiko, plastiko eta metalen propietateak konbinatzen dituzten materialak lortzeko beharraren ondorioz sortzen dira. Adibidez, garraio-industrian beharrezkoak dira arinak, zurrunak, talkarekiko erresistenteak eta korrosioa eta higadura ondo jasaten duten materialak, baina gutxitan aurkitzen dira propietate hauek guztiak batera.

Ohiz kanpoko propietateak dituzten materialak lortu diren arren, aplikazio praktikoak murriztuak daude hauen kostua asko handitzen dituzten faktore batzuen ondorioz, esate baterako, fabrikatzeko zailtasuna edo materialen arteko bateraezintasuna.

Material konposatu gehienak artifizialki sortuak dira, baina hauetako batzuk, zura eta hezurra adibidez, naturan agertzen dira.

Egitura aldatu

Material konposatuen aukera handia badago ere, denetan ondorengo atalak bereiz daitezke:

Errefortzuzko agentea: diskretutasun-fase bat da, eta bere geometria funtsezkoa da materialaren propietate mekanikoak definitzerakoan.
Matrize-fasea edo matrizea soilik: izaera jarraitua du eta propietate fisiko eta kimikoen arduraduna da. Esfortzuak transmititzen dizkio errefortzuzko agenteari. Babesa eta kohesioa ere ematen dizkio materialari.

Sailkapena aldatu

Material konposatuak lau talde handitan bana daitezke:

Partikulekin indartutako material konposatuak

Era diskretu eta uniformean sakabanatutako material gogor eta hauskor baten partikulaz osatuak daude, matrize harikor eta bigunago batez inguraturik.

Motak:

Aurrez aipatutako partikulak dituzten konposatuak

Dispertsioz gogortutako material konposatuak

Partikularen tamaina oso txikia da (100 eta 2500 μ bitarteko diametroa). Tenperatura arruntetan, konposatu hauek ez dira aleazioak baino erresistenteagoak, baina hauen erresistentzia gutxitu egiten da tenperaturaren igoerarekin. Bere termoisurpenarekiko erresistentzia metalei eta aleazioei dagokiena baino handiagoa da.

Bere funtsezko propietateak dira:

Karbono zuntza ile batekin alderatuta

Orokorki fasea oxido gogor eta egonkor bat da
Agenteak propietate fisiko optimoak izan behar ditu
Agenteak eta faseak ez dute kimikoki erreakzionatu behar
Materialak era egokian batu behar dira

Zuntzez indarturiko material konposatuak

Osagai bat errefortzuzko agente bat izaten da “T” baten antzera: beira-zuntzak, kuartzoak, Kevlar-ak, Dyneema-k edo karbono-zuntzak materialari bere trakzioarekiko erresistentzia ematen diote; matrizea deituriko beste osagai batek bitartean, epoxia edo poliesterraren moduko erretxina bat izaten dena, zuntzak biltzen eta lotzen ditu, puskatutako zuntzen kargak, ukitu gabeko eta tentsio-lerroekin lerrokatu gabe dauden zuntzei transferituz. Era berean, aukeratutako matrizea bereziki malgua ez den kasuan, zuntzen konpresiozko gilbordura saihesten du. Konposatu batzuk agregakina erabiltzen dute matrize bat beharrean.

Indarrari dagokionez, zuntzek (propietate mekanikoen arduradunak) trakzioa jasateko balio dute, matrizeak (propietate fisiko eta kimikoen arduraduna) deformazioak jasateko, eta azaltzen diren material denek konpresioa jasateko balio dute, edozein agregakin barne.

Talka edo esfortzu ziklikoek zuntzak matrizetik banatzea eragin dezakete, ez-ijezketa deitzen dena.

Material konposatuaren modulua (𝑬_𝒄) zuntzak (errefortzua) jarritako norantzaren eta tentsioak aplikatutako moduaren menpekoa da:

Tentsioak zuntzen norantza berdina: 𝐸_(𝑐||)=𝑉_𝑓 𝐸_𝑓+(1−𝑉_𝑓 ) 𝐸_𝑚
Zuntzen norantza tentsioekiko elkarzuta: 𝐸_(𝑐⊥)={𝑉_𝑓/𝐸_𝑓 +(1−𝑉_𝑓)/𝐸_𝑚 }^(−1)

Material konposatu estrukturala

Sandwich panela, panal moduko nukleoarekin

Konposatuz nahiz material bakunez osaturik daude eta beren propietateak geometriaren eta beren diseinuaren menpekoak dira funtsean. Ugarienak laminarrak eta sandwich panelak deiturikoak dira.

Laminarrak, elkarren artean eranskailuren baten edo beste mota bateko lotura baten bidez batutako panelez osatuak daude. Ohikoena laminetako bakoitza zuntzez indartua egotea eta esfortzuekiko erresistenteagoa den lehentasunezko norantza edukitzea da. Era honetan, material isotropo bat lortzen dugu, nabariki anisotropiakoak diren hainbat geruza batuz. Egur kontratxapatuaren kasua da, adibidez, non erresistentzia maximoko norantzek angelu zuzenak eratzen dituzten beraien artean.

Sandwich panelak gogortasun eta erresistentzia handiko bi kanpo-laminaz osatuak daude (normalean indartutako plastikoak, aluminioa edota titanioa), dentsitate eta erresistentzia baxuagoko material batez banandurik, (polimero apardunak, kautxu sintetikoak, baltsa-zurak edo zementu inorganikoak). Material hauek maiz erabiltzen dira eraikuntzan, industria aeronautikoan eta kapa aniztun kondentsadore elektrikoen fabrikazioan.

Material konposatuen adibideak aldatu

Zuntzez indarturiko plastikoak:
- Zuntzaren arabera sailkatuta:
  
  Karbono zuntzez osaturiko ehuna
  - Egurra (zelulosazko zuntzak, lignina eta hemizelulosazko matrize batean)
  - Karbono-zuntzez edo CFRPz indarturiko plastikoa
  - Beira-zuntzez indarturiko plastikoa (GRP, GFRP edo, informalki, “beira-zuntza”)
- Matrizearen arabera sailkatuta:
  - Zuntz luzeez indarturiko termoplastikoak
  - Beira-ehunezko termoplastikoak
  - Termoegonkorrak edo termikoki sortutako konposatuak
Matrize metalikoz edo MMCz osaturikoak:
- Cermet-a (zeramika eta metala)
- Burdinurtu txuria: Metal gogorra (karburoa matrize metalikoan)
- Ijezketa metal-intermetala
Matrize zeramikoz osaturikoak:
- Hormigoia
- Karbono-karbono indartua (karbono-zuntza grafitozko matrizean)
- Hezurra (kolageno zuntzez indarturiko hezur matrizea)
- Adobea (buztina eta lastoa)
Matrize organikoz / agregakin zeramikoz osaturikoak:
- Nakar-a
- Asfaltozko hormigoia
  
  Taula kontratxapatua
Egur hobetua:
- Kontratxapatua
- Zuntz orientatuzko taulak
- Trexa
- Weatherbesta (Berrerabilitako egur zuntza, polietilenozko matrizean)
- Pykrete-a (zerrautsa izotzezko matrizean)

Fabrikazio-prozesuak aldatu

SMC moldaketa
Proiekzio bidezko moldaketa
Kontaktuz edo bide hezeko moldaketa
Huts-poltsa bidezko pilaketa
Resine Transfer Moulding, RTM
Vacuum Assisted Resine Transfer Moulding, VARTM
Resine Infusion Moulding, RIM
Filament Windinga
Fiber Placementa
Pultrusioa
Automatic Tape Laying, ATL
Eb curinga

Erreferentziak aldatu

↑ (Ingelesez) McEvoy, M. A.; Correll, N.. (2015-03-20). «Materials that couple sensing, actuation, computation, and communication» Science 347 (6228): 1261689. doi:10.1126/science.1261689. ISSN 0036-8075. PMID 25792332. (Noiz kontsultatua: 2017-04-06).
↑ Introducción a la Ciencia de los Materiales para Ingenieros. .

Kanpo estekak aldatu

(Gaztelaniaz) Comparación de resistencias y deformabilidad para fibras de diferentes materiales

Datuak: Q181790
Multimedia: Composite materials / Q181790

[1] (Ingelesez) McEvoy, M. A.; Correll, N.. (2015-03-20). «Materials that couple sensing, actuation, computation, and communication» Science 347 (6228): 1261689. doi:10.1126/science.1261689. ISSN 0036-8075. PMID 25792332. (Noiz kontsultatua: 2017-04-06).

[2] Introducción a la Ciencia de los Materiales para Ingenieros. .

[1]

[2]