Proyecto de desarrollo de nuevos materiales compuestos base circona con adicion de MoSi2 para su uso a altas temperaturas

Abstract

[ES] El desarrollo de nuevos materiales, como son las cerámicas avanzadas, representa un gran interés en la actualidad. Las exigencias en los sectores de aplicación van aumentando con el tiempo, y por tanto la “Ciencia de los Materiales” tiene que seguir mejorando aún más las propiedades de los materiales actuales, puesto que no son capaces de soportar totalmente las condiciones de trabajo severas en las que son empleados, además, disminuyen la vida útil de los componentes en los que están incluidos y los dejan inutilizables para ese sector de aplicación. En el presente trabajo fin de máster se pretende desarrollar materiales compuestos o composites para solicitaciones de barreras térmicas en turbinas de gas para propulsión de aviones, dichos materiales deben ser fabricados, de tal forma que, resistan las altas temperaturas a la que van a ser sometidos. Por tanto, se van a preparar tres tipos de composites, los cuales contendrán una matriz de circona estabilizada con un 4 % en mol de itria (TZ4YS) y como segunda fase MoSi2 en un 5, 10 y 15 % en peso, el cual actuará como refuerzo. La materia prima con la que se va a trabajar son polvos cerámicos, los cuales van a ser procesados mediante procesamiento coloidal y liofilización, para conseguir la homogeneidad y estabilización de los mismos. Una vez confirmado que los polvos han sido procesados correctamente, se prosigue a la compactación en piezas cilíndricas por medio de la técnica rápida de sinterización asistida mediante campo eléctrico pulsado (SPS, por sus siglas en inglés, Spark Plasma Sintering), para obtener los compuestos completamente densificados. En esta técnica de deben tener controladas las condiciones de operación como son: el tiempo, la temperatura y la velocidad, puesto que influyen considerablemente en la densidad final del material. Finalmente, cuando ya se han consolidado los composites se procederá a estudiar sus propiedades mecánicas, como tenacidad y dureza, y sus propiedades térmicas, sometiendo al material a diversos ciclos térmicos, para confirmar si cumple con su finalidad, es decir, si es capaz de ser utilizado como barrera térmica sin que presente agrietamiento acusado o si se retarda dicho efecto, consiguiendo alargar la vida en servicio del componente.

[CA] El desenvolupament de nous materials, com són les ceràmiques avançades, representa un gran interés en l'actualitat. Les exigències en els sectors d'aplicació van augmentant amb el temps, i per tant la “Ciència dels Materials” ha de continuar millorant encara més les propietats dels materials actuals, ja que no són capaços de suportar totalment les condicions de treball severes en les quals són emprats, a més, disminueixen la vida útil dels components en els quals estan inclosos i els deixen inutilitzables per a aqueix sector d'aplicació. En el present treball fi de màster es pretén desenvolupar materials compostos o composites per a sol·licitacions de barreres tèrmiques en turbines de gas per a propulsió d'avions, aquests materials han de ser fabricats, de tal forma que, resistisquen les altes temperatures a la qual seran sotmesos. Per tant, es prepararan tres tipus de composites, els quals contindran una matriu de circona estabilitzada amb un 4% en mol de itria (TZ4YS) i com segona fase MoSi2 en un 5, 10 i 15 % en pes, el qual actuarà com a reforç. The raw material to be worked with is ceramic powders, which are going to be processed by colloidal processing and lyophilization, to achieve the homogeneity and stabilization of the same. Once it has been confirmed that the powders have been processed correctly, the compaction in cylindrical parts is continued by means of the fast technique of sintering by means of pulsed electric field (SPS), to obtain the completely densified compounds. In this technique, operating conditions such as time, temperature and speed must be controlled, since they have a considerable influence on the final density of the material. Finalment, quan ja s'han consolidat els composites es procedirà a estudiar les seues propietats mecàniques, com a tenacitat i duresa, i les seues propietats tèrmiques, sotmetent al material a diversos cicles tèrmics, per a confirmar si compleix amb la seua finalitat, és a dir, si és capaç de ser utilitzat com a barrera tèrmica sense que presente esquerdament acusat o si es retarda aquest efecte, aconseguint allargar la vida en servei del component

[EN] The development of new materials, such as advanced ceramics, is of great interest today. The requirements in the sectors of application are increasing over time, and therefore "Materials Science" has to further improve the properties of today's materials, since they are not able to fully withstand the severe working conditions in which they are employed. Furthermore, they shorten the life of the components in which they are included and render them unusable for that sector of application. In the present master's work, the aim is to develop composite materials for thermal barrier applications in gas turbines for aircraft propulsion. These materials must be manufactured in such a way that they can withstand the high temperatures to which they will be subjected. Therefore, three types of composites will be prepared, which will contain a matrix of stabilized zirconia with 4 % in mole of yttria (TZ4YS) and as a second phase MoSi2 at 5, 10 and 15 % in weight, which will act as reinforcement. The raw material to be worked with is ceramic powders, which are going to be processed by colloidal processing and lyophilization, to achieve the homogeneity and stabilization of the same. Once it has been confirmed that the powders have been processed correctly, the compaction in cylindrical parts is continued by means of the fast technique of sintering by means of pulsed electric field (SPS), to obtain the completely densified compounds. In this technique, operating conditions such as time, temperature and speed must be controlled since they have a considerable influence on the final density of the material. Finally, when the composites have been consolidated, their mechanical properties, such as toughness and hardness, and their thermal properties will be studied, subjecting the material to various thermal cycles, to confirm whether it fulfils its purpose, i. e. whether it is capable of being used as a thermal barrier without showing pronounced cracking or whether this effect is delayed, thus extending the service life of the component