Materiales con gradiente

Un material gradiente es un material cuyas propiedades varían de forma definida en el espacio. Esto puede deberse a cambios en la composición química, la estructura microscópica o la porosidad. Es típico que se produzca una transición continua o por etapas entre diferentes zonas funcionales. Así, por ejemplo, se pueden combinar zonas periféricas duras y resistentes al desgaste con un núcleo más tenaz y resistente a la rotura.

En la metalurgia de polvos, los materiales gradientes se producen a menudo mediante la disposición selectiva de diferentes zonas de polvo. Para ello, se estratifican de forma controlada polvos metálicos con diferente composición, tamaño de grano o densidad, se compactan y, a continuación, se sinterizan. Durante la sinterización, las partículas forman enlaces a nivel local. De este modo se crea un componente con propiedades de estructura que varían espacialmente, sin las líneas de separación marcadas de los materiales compuestos clásicos.

Un campo de aplicación importante son las herramientas y los componentes de protección contra el desgaste. Aquí, por ejemplo, se combinan superficies muy duras con una base más dúctil para, por un lado, minimizar la abrasión y, por otro, evitar roturas o desprendimientos. Lo mismo se aplica a los componentes sometidos a fuertes cargas térmicas. En estos casos, se pueden utilizar gradientes de conductividad térmica o de dilatación térmica para reducir las tensiones y aumentar la vida útil. La fabricación de estos materiales con gradientes plantea grandes exigencias en cuanto a la mezcla de polvos y el moldeado. Las composiciones locales deben poder reproducirse. Para ello, son decisivos la calidad de la mezcla, la distribución del tamaño de las partículas y las propiedades de fluidez de los polvos. Los mezcladores de polvo de precisión ayudan a proporcionar combinaciones de polvo definidas para zonas individuales. En un segundo paso, estas zonas deben rellenarse y compactarse de tal manera que se cree el gradiente deseado en el componente.

Los materiales con gradiente constituyen una interfaz entre la metalurgia de polvos, la tecnología cerámica y los materiales compuestos. Se utilizan conceptos similares en metales duros, cermets y cerámicas de alto rendimiento para combinar diferentes perfiles de propiedades en un mismo componente.