Nuevos avances en la fabricación de composites cobre/nanofibras de carbono con altos volúmenes de refuerzo para aplicaciones de gestión térmica

Jorge Bárcena

Los nanotubos y nanofibras de carbono (CNTs y CNFs) corresponden a una nueva generación de materiales que presentan unas propiedades superiores a los materiales convencionales. El gran interés que actualmente existe sobre estos nuevos materiales junto con sus múltiples aplicaciones han permitido el desarrollo de procesos industriales de fabricación y por tanto la disminución de su coste de fabricación, especialmente en el caso de las CNFs [1]. Sus excelentes propiedades mecánicas, alta conductividad térmica y eléctrica y su buena estabilidad a altas temperaturas hacen de este tipo de fibras un material muy interesante para ser empleado como refuerzo de metales [2]. La incorporación de CNFs en matriz de cobre abre la posibilidad de desarrollo de nuevos sumideros de calor para altas temperaturas, fáciles de mecanizar, compatibles con los substratos electrónicos de bajo coeficiente de expansión y que presentan conductividades térmicas superiores a la plata y el cobre. Sin embargo la fabricación de estos materiales compuestos nanoreforzados no es tarea sencilla e inmediata. En los materiales compuestos existen varios aspectos clave para asegurar la obtención de buenas propiedades, especialmente para los nanoreforzados. Éstos son la dispersión del refuerzo en la matriz, daño del refuerzo en el procesamiento, baja porosidad y la intercara matriz-refuerzo [3]. Las CNFs, al igual que algunos tipos de nanorefuerzos, presentan una alta tendencia a la aglomeración que impide obtener materiales compuestos con altos porcentajes de refuerzo en los que exista una buena dispersión y una baja porosidad. Por otro lado la baja interacción presente entre el cobre y el carbono también se manifiesta cuando se usan las CNFs. El presente trabajo, como continuación del trabajo previo presentado en el MATCOMP’05, muestra los nuevos logros más relevantes alcanzados en los composites Cu/CNFs en cuanto a dispersión del nanorefuerzo en la matriz y porosidad resultante en el material final. Se ha comparado la incorporación de nanofibras de diferentes fabricantes, varios métodos de incorporación de la matriz metálica (molienda, mezcla con nanopartículas, deposición química) y varios métodos de consolidación (sinterizado, prensado en caliente, spark plasma sintering). Las tareas de desarrollo y optimización han permitido obtener materiales homogéneos con un porcentaje de refuerzo de hasta el 40 % en volumen, junto con una porosidad menor del 1 %. Se presentan los resultados obtenidos en la caracterización química y microestrutural mediante microscopía óptica, microscopía electronica de barrido y transmisión, difracción de rayos X y absorción infrarroja.