Una amalgama idónea…el material compuesto.

Archivo: Ciencia de Materiales
Dra. Socorro Valdez Rodríguez / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Instituto de Ciencias Físicas de la Universidad Nacional Autónoma de México, Campus Morelos.

Constituyen un claro ejemplo de la integración de materiales disímiles, tan cotidianos como la madera; cuya combinación entre una matriz de lignina, el polímero natural por excelencia y fibras de celulosa, se remonta a la naturaleza misma. Es entonces, el material compuesto, la mejor asociación voluntaria de materiales que pueden combinarse en cualquier proporción, es decir no-miscibles o miscibles parcialmente, que ostentan diversas estructuras, complementando sus cualidades, para formar un material heterogéneo con características globales y desempeño superior al de los materiales originales.
Más allá de la simple asociación entre materiales, está la importancia de constituir un nuevo material con propiedades no alcanzables individualmente por sus predecesores. Esto involucra la sinergia entre una matriz dúctil o blanda con un reforzante de considerable dureza. Mismo que puede ser concebido en forma de partículas o fibras, identificadas por tamaños nanométricos, micrométricos, centimétricos o métricos. Tal es el caso, de la confección utilizada desde la antigüedad al combinar la paja con arcilla y arena para generar el tradicional adobe.
De mencionar ejemplos con materiales compuestos, buena falta haría varias cuartillas más; de manera que habiendo expresado ya, una burda definición de material compuesto, consideremos ahora, el caso que nos ocupa… éste involucra una matriz metálica reforzada con partículas de carburo de silicio de tamaño micrométrico.
Ahora bien, es menester destacar el tipo de matriz metálica seleccionada, pues se trata nada más y nada menos, que de aquel metal, cuya abundancia en la naturaleza es tan sólo desplazado por el oxígeno y silicio en el primero y segundo escalafón, respectivamente. -Y bien-, ¿a quién nos hemos referido?... ¡a ése! …el que posee otro record como segundo elemento en la escala de comercialización por ser tan sólo después del acero, el metal ¡más utilizado! Sin mayor preámbulo, alejándonos del enigma… y recibiéndolo con fanfarrias…¡el aluminio!
Por tanto, es el aluminio el principal elemento de la matriz metálica que alberga a las partículas de carburo de silicio para la formación del material compuesto que se ha indicado.
Tanto el aluminio como sus aleaciones, constituyen uno de los materiales comúnmente usados como matriz metálica en la manufactura de materiales compuestos. La extensión en su uso, es debido a la combinación de características tales como una baja densidad, fácil procesamiento, resistencia a la corrosión, resistencia mecánica moderada y la posibilidad de incrementar ésta resistencia mecánica, mediante la adición de refuerzos o bien por tratamientos térmicos.
Ha sido, esta mescolanza de buenas propiedades lo que ha desatado una gran atracción por los materiales compuestos, específicamente aquellos de matriz metálica, por supuesto que al compartir sus buenas propiedades mecánicas y tribológicas, por mencionar algunas, con aquellas del material reforzante… da como resultado un material compuesto, de propiedades aun mejores.
Decisivamente, los compuestos de matriz metálica, basados en aleaciones ligeras, como es el caso del aluminio son también de interés para diversos sectores. Por referir un ejemplo, podemos señalar al sector automotriz, en donde las mejoras en el diseño y funcionalidad para piezas de motores de rotación, proporcionan aumento en su velocidad de rotación, reducción de peso, reducción de vibraciones y de las temperaturas de operación. Algunos materiales compuestos ricos en aluminio han sido asimismo utilizados en aplicación estructural y funcional de alta tecnología, dentro de las que se incluye la aeronáutica, artículos deportivos, equipos de defensa, entre otros.
En el ámbito científico, existen aún, gran diversidad de estudios sobre los materiales compuestos con matriz de aluminio, tal es el caso del análisis sobre su producción a través de la técnica de metalurgia de polvos o pulvimetalurgia, cuya importancia radica en la formación misma de un material compuesto, debido a la imposibilidad de utilizar únicamente las técnicas tradicionales de conformado, como sería el caso de la fundición; cuando se trata de un requisito ponderante, el que exista una buena mojabilidad entre la matriz metálica y los materiales de refuerzo. Nada hay que se parezca más a la mojabilidad, que el proceso de humedecimiento con agua.
Las partículas más comúnmente usadas como refuerzo, son el carburo de silicio y la alúmina. Partículas cerámicas, que permiten incrementar la resistencia al desgaste, característica principal en aplicaciones de rozamiento en seco. Aunque, existen estudios referentes al manejo de un material compuesto con matriz de aluminio en forma de película, que utiliza como reforzante nanodiamantes, que no son más que partículas de carbono puro cristalizado de tamaño nanométrico comprendido entre 1-100nm. El material compuesto así formado, reporta una considerable mejora en las características físicas y químicas con aplicaciones para diferentes áreas.
El tema que domina el texto, es como se ha mencionado, la fabricación de un material compuesto con matriz metálica rica en aluminio, a la que se le adicionó magnesio como primer elemento minoritario y fue entonces, reforzado con partículas de carburo de silicio. La adición de magnesio y una pizca de manganeso, tiene más de un par de propósitos; éstos son el inducir una buena mojabilidad entre la matriz y las partículas de refuerzo, además de disminuir la densidad específica del material compuesto formado y en combinación con las partículas de carburo de silicio, aumentar el reforzamiento de la matriz.

Estos precipitados, han sido hallados por otros autores, como consecuencia de la interacción entre las partículas reforzantes de carburo de silicio y la matriz rica en aluminio, tal como puede ser visto en las ecuaciones 1, 2 y 3. La falta de estas reacciones, con mejora en propiedades para el material compuesto, está en intrínseca relación al método de preparación, el cual será tema de divulgación en otro escrito.

Las líneas de investigación actuales son diseño, síntesis, caracterización microestructural y electroquímica de materiales metálicos base aluminio, investigación microestructural de materiales compuestos de matriz metálica base aluminio reforzados con partículas de SiC, estudio de la síntesis, modificación y caracterización de materiales porosos base aluminio, para aplicación estructural, evolución cristaloquímica de materiales metálicos, se comienza a abordar la teoría y modelaje de aleaciones nanoestructuradas obtenidas mediante solidificación rápida, incursión en la síntesis y evolución microestructural de películas delgadas base aluminio.

 


Socorro Valdez es nativa de Comitán, Chiapas en donde completó su formación académica hasta el nivel medio como Laboratorista Clínico; realizó la Licenciatura en Química, por la Facultad de Ciencias Químicas en la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, la Maestría en Química Metalúrgica y el Doctorado en Ingeniería en el área de Materiales por la Facultad de Química en la Universidad Nacional Autónoma de México. Recibe la distinción de mejor tesis Doctoral dentro de la Colección Posgrado 2004. Realizó tres estancias posdoctorales y estancias cortas de Investigación en laboratorios nacionales e internacionales. Actualmente es investigador del Instituto de Ciencias Físicas-UNAM, profesor de la Facultad de Ciencias de la Universidad Autónoma del Estado de Morelos. El área de estudio de la Dra. Socorro Valdez, ha versado sobre el diseño de aleaciones y materiales compuestos base aluminio cristalino y nano-cristalino, así como la relación entre microestructura, propiedades mecánicas y electroquímicas. Como fruto de este esfuerzo, ha publicado 18 artículos en revistas científicas, 16 de ellos en revistas indizadas; 20 más, en extenso en foros nacionales e internacionales, ha sido también ponente en diversos congresos de la especialidad, tanto a nivel nacional como internacional. Miembro del Sistema Nacional de Investigadores desde 2004 y Nivel I desde 2007.