Desarrollo de materiales
Caracterización precisa de materiales para el desarrollo, la optimización y la validación de materiales innovadores
El desarrollo de nuevos materiales es un proceso iterativo en el que la composición, las condiciones de fabricación y la estructura del material se adaptan específicamente a las propiedades deseadas. Ya sean se trate de cerámicas de alto rendimiento, aleaciones, polímeros, semiconductores, materiales energéticos o materiales funcionales: unos datos de medición fiables son la base para un desarrollo eficiente de los materiales.
Los métodos de análisis térmico y termofísico permiten comparar diferentes variantes de materiales entre sí e identificar relaciones entre la composición, el procesamiento y las propiedades de los materiales. Parámetros como las transiciones de fase, conductividad térmica, capacidad térmica, expansión térmica y estabilidad térmica aportan información importante para optimizar de forma específica los nuevos materiales.
Con los equipos de análisis flexibles de LINSEIS se pueden caracterizar los materiales a lo largo de todo el proceso de desarrollo: desde la primera selección de materiales, pasando por la optimización del proceso, hasta la validación de las propiedades finales del material.
Cuestiones relevantes
- ¿Cómo influye la composición del material en las propiedades térmicas?
- ¿Qué variante de material ofrece el mejor rendimiento?
- ¿A qué temperaturas se producen las transiciones de fase o los cambios estructurales?
- ¿Cómo influyen los aditivos, los dopantes o los rellenos en el comportamiento del material?
- ¿Cómo se pueden ajustar de forma específica la conductividad térmica y la dilatación térmica?
- ¿Qué límites de resistencia térmica tiene un material nuevo?
- ¿Cómo influye el proceso de fabricación en las propiedades finales del material?
- ¿Cómo se pueden utilizar los datos de mediciones experimentales para validar simulaciones?
Parámetros relevantes del material y del proceso
| Parámetros | Significado |
|---|---|
| Transiciones de fase | Evaluación de los cambios estructurales y de los materiales en función de la temperatura |
| Conductividad térmica | Optimización de la transferencia de calor para cada aplicación |
| Conductividad térmica | Caracterización de la velocidad de propagación del calor |
| Capacidad térmica (Cp) | Evaluación de la capacidad de almacenamiento térmico de nuevos materiales |
| Coeficiente de dilatación térmica (CTE) | Estabilidad dimensional y compatibilidad térmica de los materiales |
| Estabilidad térmica | Determinación de los límites de carga térmica y de uso |
| Variación de masa | Evaluación de la descomposición, la oxidación y los procesos de reacción |
| Entalpía de reacción | Caracterización energética de reacciones y transformaciones de materiales |
Métodos de medición para el desarrollo de materiales
Termogravimetría (TGA)
Caracterización exhaustiva de las reacciones térmicas y los cambios de masa durante el desarrollo de nuevos materiales.
Análisis de
- Cambios de fase
- Entalpías de reacción
- Cambios de masa
- Procesos de descomposición
- Reacciones de oxidación y reducción
Aplicaciones típicas
- Cerámica
- Aleaciones
- Materiales energéticos
- Materiales funcionales
- Selección de materiales
Calorimetría diferencial dinámica (DSC)
Análisis preciso de los intercambios térmicos para evaluar y optimizar diferentes formulaciones de materiales.
Análisis de
- Procesos de fusión
- Cristalización
- Transiciones de vidrio
- Cambios de fase
- Capacidad calorífica
Aplicaciones típicas
- Polímeros
- Aleaciones
- Materiales funcionales
- Desarrollo de fórmulas
- Comparación de materiales
Instrumentos de medición recomendados para el desarrollo de materiales
DSC L63
Ejemplo práctico: Optimización específica de nuevos materiales
Estabilidad térmica de los compuestos de tejido de grafito/PAEK
Mediciones termogravimétricas con el LINSEIS STA L82 muestran cómo influye una interfaz fibra-matriz modificada con PEI en la estabilidad térmica de los compuestos de PAEK reforzados con tejido de grafito. Los resultados muestran una reducción moderada de la temperatura de descomposición y permiten evaluar de forma específica la interacción entre la estabilidad térmica, el procesamiento y el rendimiento del material. Descarga el informe técnico y descubre más sobre la configuración de la medición, el comportamiento de descomposición térmica y la caracterización de los compuestos de alto rendimiento.
Por qué la caracterización precisa de los materiales es clave para su desarrollo
Cada vez más, los nuevos materiales deben cumplir varios requisitos a la vez, como, por ejemplo, un peso reducido, una alta resistencia a las altas temperaturas, una conductividad térmica definida y estabilidad a largo plazo. El desarrollo específico de este tipo de perfiles de propiedades requiere datos de medición cuantitativos sobre el comportamiento de los materiales en condiciones térmicas realistas.
La combinación de métodos de análisis modernos permite:
- Comparación de diferentes formulaciones de materiales
- Estudio de la influencia de los aditivos y los dopantes
- Determinación de transiciones de fase y mecanismos de reacción
- Optimización de la conductividad térmica y el transporte de calor
- Caracterización de la dilatación térmica y la estabilidad dimensional
- Evaluación de la estabilidad térmica y los límites de uso
- Optimización de los procesos de fabricación y de tratamiento térmico
- Validación de simulaciones y modelos de materiales
- Selección de materiales prometedores para seguir desarrollándolos
Aplicaciones – Investigación y universidades
Preguntas frecuentes – Desarrollo de materiales
¿Qué papel juega el análisis térmico en el desarrollo de nuevos materiales?
El análisis térmico ofrece información cuantitativa sobre cómo se comporta un material ante los cambios de temperatura. Las transiciones de fase, la descomposición, la dilatación térmica y otras propiedades se pueden estudiar ya en las primeras fases de desarrollo. Así se pueden identificar más rápido las variantes de material adecuadas.
¿Qué materiales se pueden analizar durante el desarrollo?
Los sistemas LINSEIS son aptos para una amplia gama de materiales, entre los que se incluyen metales y aleaciones, cerámicas, polímeros, vidrios, semiconductores, compuestos, materiales energéticos y materiales funcionales. También se pueden caracterizar polvos, pastas, líquidos y nuevos sistemas de materiales, dependiendo del método de medición.
¿Cómo se pueden comparar entre sí las diferentes formulaciones de materiales?
Las variantes de materiales se pueden analizar en condiciones de medición idénticas y compararlas entre sí mediante parámetros definidos. De este modo se puede ver, por ejemplo, cómo influyen los aditivos, los dopajes, el porcentaje de relleno o las diferentes condiciones de fabricación en las propiedades de los materiales.
¿Qué métodos de medición son los más adecuados para el desarrollo de materiales?
Los métodos STA, DSC y TGA proporcionan información sobre reacciones térmicas, transiciones de fase y estabilidad. Los métodos LFA y THB caracterizan el transporte de calor, mientras que los métodos DIL y TMA analizan las propiedades dimensionales y termomecánicas. La combinación adecuada depende del material y del objetivo de desarrollo.
¿Cómo ayuda la caracterización de materiales a optimizar los procesos?
Los parámetros de fabricación, como la temperatura, la velocidad de calentamiento, la atmósfera o el tratamiento térmico, pueden influir considerablemente en las propiedades finales del material. Los análisis térmicos ponen de manifiesto estas relaciones y permiten ajustar las condiciones del proceso de forma específica al perfil de propiedades deseado.
¿Se pueden usar los datos de medición para validar simulaciones?
Sí. Los parámetros de los materiales que dependen de la temperatura y que se determinan experimentalmente, como la conductividad térmica, la capacidad térmica y la dilatación térmica, constituyen una base de datos importante para las simulaciones térmicas y termomecánicas. Esto permite parametrizar y validar los modelos de materiales de forma más realista.
