4.4. Propiedades de los CMC

utilizan altas temperaturas. Por lo tanto, el desajuste térmico en el enfriamiento por altas temperaturas puede causar grietas en la matriz (o fibra). La deformación térmica en los compuestos es proporcional a Δ ∝ ΔT, donde Δ∝ = ∝f - ∝ m, donde ∝f y ∝ m son los coeficientes de expansión lineal de la fibra y la matriz, respectivamente, y ΔT es el intervalo de temperatura [29]. Por supuesto, existe otra complicación, relacionada a que los coeficientes de expansión de las fibras no necesariamente son iguales en las direcciones axial y radial. La fibra de carbono en particular tiene los siguientes coeficientes axiales y radiales: (Ecuación 4)

Si ∝ a es positivo, es decir, ∝f > ∝ m, la matriz se comprime al enfriarse, lo cual es beneficioso, porque conduce a un aumento de la tensión de tracción a la que se producirá el agrietamiento de la matriz. Por el contrario, si ∝ a es negativo, es decir, ∝f < ∝ m, la matriz experimenta una tensión que, si ΔT es suficientemente grande, puede provocar el agrietamiento de la matriz. En la dirección radial, si ∝ a es positivo, las fibras tienden a alejarse de la matriz al enfriarse, lo que da como resultado una fuerza de unión reducida en la zona de interfaz. Sin embargo, si ∝ a es negativo, la fuerza de unión de la matriz de fibras puede incluso mejorarse [29].

4.4. PROPIEDADES DE LOS CMC Una característica importante de los CMC es la micro-fisuración matriSOLO PARA USO ACADÉMICO cial, que no tiene paralelo en las MMC o PMC. En este sentido, los valores relativos del módulo de elasticidad de la fibra, Ef y la matriz, E m son muy importantes en los CMC. La relación Ef / Em determina el grado de microfisuración de la matriz. Normalmente, el valor de deformación a fractura

de una matriz cerámica es muy bajo. Por tanto, en las MMC y en las PMC termoplásticas, la deformación por falla de la matriz (ε m) es considerablemente mayor que la de las fibras. La mayoría de los metales no reforzados muestran una deformación a fractura ε m >10 %, mientras que la mayoría de los polímeros fallan entre un 3 % y un 5% de deformación. Así que, tanto en MMC como en PMC, la deformación por falla de la fibra controla la deformación por falla del material compuesto. Por lo general, las fibras de boro, carbono y carburo de silicio muestran valores de deformación por falla de entre ~ 1-2%. Con relación a este rango de deformación, la falla de la mayoría de matrices cerámicas se presenta a deformaciones muy por debajo, reportando valores de tan solo el 0.05 %. La situación con respecto a la falla de la fibra y/o matriz se muestra de manera simplificada en la Figura 63. La situación original del compuesto previo a la aparición de fisuras se muestra en la Figura 63a. En el caso de las MMC y las PMC, las fibras fallan primero en varios puntos débiles distribuidos a lo largo de sus longitudes; observe la Figura 63b. La falla final del material compuesto ocurrirá a lo largo de una sección que tenga la mayor cantidad de fracturas de fibra. En una CMC con una interfaz de alta adherencia (fibra fuertemente unida a la matriz), la fibra y la matriz fallarían simultáneamente. En este caso, la rotura del compuesto estaría controlada por el límite de deformación a la rotura de la matriz y prevalecería una situación similar a la que se muestra en la Figura 63c. Por su parte, en un CMC con interfaz de moderada-baja adherencia fibra-matriz, la matriz comenzaría a agrietarse primero y las fibras formarían un puente entre los fragmentos de la matriz, tal y como se puede observar en la Figura 63d [12]. Por lo tanto, desde el punto de vista de la tenacidad del material compuesto, no es beneficioso obtener una unión (adherencia) demasiado fuerte en un CMC, porque se promovería una rotura “frágil” o súbita del componente, contrario a la falla promovida por el agrietamiento controlado que se garantiza con el desprendimiento (pull-out) progresivo SOLO PARA USO ACADÉMICO de las fibras de refuerzo a cada lado de la grieta en un material de mayor tenacidad. Cabe destacar que, además de la unión fibra-matriz, la longitud y morfología de la fibra puede gobernar el mecanismo de rotura o desprendimiento (pull-out) del material compuesto.