Materiales disimilares más unidos que nunca Un proceso innovador desarrollado en el marco del proyecto ADMACOM, financiado por la UE, permite unir de manera fiable materiales cerámicos de altas prestaciones con materiales no cerámicos, para producir componentes ligeros. Tecnologías industriales Espacio © Yurlov, Shutterstock Los nuevos materiales cerámicos, dotados de una resistencia térmica excepcional junto con otras prestaciones elevadas, no han visto un uso amplio en la industria manufacturera debido a la carencia de métodos de unión fiables que permitan unirlos a metales u otros materiales disponibles. Mediante el proyecto ADMACOM project (Advanced manufacturing routes for metal/composite components for aerospace), financiado por la UE, se hallaron maneras de elaborar estructuras «híbridas» a base de unir nuevos materiales cerámicos con metales o polímeros tradicionales. Las propiedades de los materiales disimilares, como los coeficientes de dilatación y contracción, la resistencia mecánica, la conductividad eléctrica o la conductividad térmica, suelen diferir enormemente, lo cual dificulta realizar una unión fiable y resistente de los mismos. «En nuestro trabajo nos hemos centrado en las nanoestructuras de las dos superficies de unión para modificar su microtextura superficial y de esta manera aumentar la superficie libre», explica Mónica Ferraris, coordinadora del proyecto y catedrática del Politécnico de Turín (Italia). «Una vez se han creado superficies heterogéneas en ambos materiales mediante nanoestructuración por láser, alta temperatura u otro método, ya se pueden fijar mecánicamente la una a la otra empleando adhesivos que se infiltran en dichas superficies heterogéneas y hacen que la unión sea más resistente». Gama de materiales Investigadores universitarios, diseñadores industriales, expertos en materiales e ingenieros de las industrias aeroespacial, nanotecnológica y otras —como el Grupo Airbus o MT Aerospace de Alemania— unieron fuerzas en el marco de ADMACOM, una asociación público privada relacionada con las «Fábricas del futuro» cuyo objetivo es desarrollar esta técnica de unión aplicada a una gama concreta de materiales. En la empresa Airbus, por ejemplo, se utilizaron láseres para modificar las superficies de materiales como el carburo de silicio o el nitruro de silicio y crear uniones seguras tipo «cepillo». «Lo que se hace es poner entre las dos superficies un material de unión de tan solo unos pocos micrómetros de espesor —continúa la catedrática Ferraris—, que produce no obstante una unión resistente y fiable. Es adaptable y se puede utilizar cada vez que se deban unir dos materiales distintos. Su aplicación es universal, no es solamente para la industria aeroespacial», añade Ferraris. A menos piezas, menos peso Los materiales cerámicos y los nuevos Compuestos de Matriz Cerámica (CMC) —materiales cerámicos reforzados con fibras distribuidas en su interior— ya están redefiniendo el diseño de componentes industriales, pero los métodos habituales —como la utilización de tornillos adicionales para unir materiales disimilares— pueden generar tensiones en las cerámicas y hacerlas propensas a sufrir fracturas. Este proceso nuevo supone emplear menos piezas y reducir también la necesidad de tornillos o pernos; asimismo, permite disminuir pesos, lo cual puede dar lugar a un ahorro energético importante en la industria aeroespacial, en los satélites y en las turbinas de alta presión y los reactores nucleares. Se ensayó el proceso aplicándolo a muchos materiales diferentes y se realizaron análisis microestructurales detallados sobre superficies, interfaces y distintos materiales de unión, entre ellos los adhesivos; en todos los casos se aplicaron ensayos semejantes que permitiesen realizar comparaciones. «Un resultado que añade valor al proyecto es que desde el inicio del proyecto nos hallamos en situación de poder validar diferentes materiales de unión empleando el mismo ensayo normalizado. Los materiales con lo que se realizaron uniones se ensayaron para comprobar sus prestaciones mecánicas utilizando las mismas técnicas, pruebas térmicas incluidas», explica la catedrática Ferraris. «Nos dimos cuenta de que la modificación superficial, de la que ya se conocía la capacidad para reforzar uniones de madera, se podía trasladar a otros tipos de materiales, en este caso cerámicas y compuestos de matriz cerámica, para dotar a las uniones de una mayor resistencia». Palabras clave ADMACOM, materiales, aeroespacial, satélites, Compuestos de Matriz Cerámica (CMC)
