Materiales compuestos avanzados (ingeniería)

En ciencia de los materiales , los materiales compuestos avanzados ( MCA ) son materiales que generalmente se caracterizan por fibras de resistencia excepcionalmente alta con una rigidez o módulo de elasticidad también excepcionalmente alto , en comparación con otros materiales, y que están unidos por matrices más débiles . Se les denomina "materiales compuestos avanzados" en comparación con los materiales compuestos de uso común, como el hormigón armado o incluso el hormigón en sí. Las fibras de alta resistencia también presentan baja densidad, a la vez que ocupan una gran fracción del volumen .

Los materiales compuestos avanzados presentan propiedades físicas y químicas deseables , como ligereza combinada con alta rigidez ( elasticidad ), resistencia en la dirección de la fibra de refuerzo, estabilidad dimensional, resistencia a la temperatura y a los productos químicos, buen comportamiento a la flexión y facilidad de procesamiento. Estos materiales están reemplazando a los componentes metálicos en numerosas aplicaciones, especialmente en la industria aeroespacial .

Los materiales compuestos se clasifican según sus fases de matriz . Estas clasificaciones son: compuestos de matriz polimérica (PMC) , compuestos de matriz cerámica (CMC) y compuestos de matriz metálica (MMC). Además, los materiales dentro de estas categorías suelen denominarse "avanzados" si combinan propiedades de alta resistencia (axial y longitudinal ) y alta rigidez ( axial y longitudinal) con bajo peso, resistencia a la corrosión y, en algunos casos, propiedades eléctricas especiales.

Los materiales compuestos avanzados tienen aplicaciones amplias y comprobadas en los sectores aeronáutico , aeroespacial y de equipamiento deportivo . Más concretamente, resultan muy atractivos para componentes estructurales de aeronaves y aeronaves. Se han desarrollado materiales compuestos avanzados para el Programa de Transporte Espacial Avanzado de la NASA , protección blindada para la aviación del Ejército y la Administración Federal de Aviación de EE. UU., y ejes de alta temperatura para el helicóptero Comanche . Además, cuentan con décadas de experiencia en las industrias aeroespaciales militares y gubernamentales . Sin embargo, gran parte de esta tecnología es nueva y no se imparte formalmente en la educación secundaria o universitaria , y la tecnología de fabricación de materiales compuestos avanzados está en constante evolución. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

La fabricación de materiales compuestos avanzados (ACM) es una industria multimillonaria a nivel mundial. Los productos compuestos abarcan desde patinetas hasta componentes del transbordador espacial . La industria se puede dividir generalmente en dos segmentos básicos: compuestos industriales y compuestos avanzados. Varios de los procesos de fabricación de compuestos son comunes a ambos segmentos. Los dos segmentos básicos se describen a continuación. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

A pesar de su resistencia y bajo peso, los materiales compuestos no han sido una solución milagrosa para las estructuras de las aeronaves. Suelen ser difíciles de inspeccionar para detectar defectos. Algunos absorben humedad. Y lo que es más importante, pueden resultar prohibitivamente caros, principalmente porque su fabricación requiere mucha mano de obra y, a menudo, maquinaria compleja y costosa. El aluminio, en cambio, es fácil y económico de fabricar y reparar; por ejemplo, en una colisión menor, un componente de aluminio a menudo se puede enderezar a martillazos, mientras que un componente de fibra de vidrio deformado probablemente tendrá que ser reemplazado por completo. ^{[ 5 ]}

El aluminio tiene una tenacidad a la fractura relativamente alta, lo que le permite experimentar grandes cantidades de deformación plástica antes de la falla. Los compuestos, por otro lado, son menos tolerantes al daño y experimentan mucha menos deformación plástica antes de la falla. Un avión hecho completamente de aluminio puede repararse casi en cualquier lugar. Este no es el caso de los materiales compuestos, particularmente porque utilizan materiales diferentes y más exóticos. Debido a esto, los compuestos probablemente siempre se usarán más en aeronaves militares, que se mantienen constantemente, que en aeronaves comerciales, que requieren menos mantenimiento. ^{[ 5 ]} El aluminio sigue siendo un material notablemente útil para estructuras de aeronaves, y los metalúrgicos han trabajado arduamente para desarrollar mejores aleaciones de aluminio, como las aleaciones de aluminio-litio .

• Material compuesto
• Programa de Transporte Espacial Avanzado de la NASA

• Buckland, Peter G. Materiales compuestos avanzados con aplicación a puentes . 30 de septiembre de 1991.
• Laboratorio Nacional de Oak Ridge. Materiales compuestos de fibra de carbono para automóviles . Vol. 33, No. 3, 2000.
• Motor de búsqueda mundial de materiales compuestosAmplia base de datos de empresas relacionadas con materiales compuestos.

 Este artículo incorpora material de dominio público procedente de sitios web o documentos de la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional .

 Este artículo incorpora material de dominio público procedente de sitios web o documentos de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) .