DESARROLLO DE MATERIALES COMPUESTOS CIRCONA-CIRCÓN OBTENIDOS POR MICROONDAS PARA APLICACIONES ESTRUCTURALES

Abstract

[ES] Hoy en día, muchas aplicaciones industriales requieren componentes que trabajen en condiciones extremas, especialmente a temperaturas muy altas (>1200 ºC) durante mucho tiempo. Para este tipo de aplicaciones se requieren propiedades como una baja conductividad térmica, un bajo coeficiente de expansión térmica y una alta resistencia química. Los materiales cerámicos avanzados basados en composites circona-circón (ZrO2-ZrSiO4), poseen estas propiedades, por lo tanto, les hace atractivos para esta clase de aplicaciones. El principal inconveniente de estos materiales son las altas temperaturas y los largos tiempos de estancia necesarios para sinterizarlos y obtener altas densidades, lo que supone un elevado consumo de energía y costes. Por ello, el sinterizado no-convencional basado en microondas es una técnica prometedora capaz de reducir las temperaturas de sinterización y de mantenimiento, lo que supone un ahorro energético y una reducción de costes del orden del 70% en comparación con los métodos convencionales. El objetivo de este estudio es evaluar la sinterabilidad de mezclas circona-circón obtenidas por métodos coloidales, (20-80 vol% y 80-20 vol% de circona-circón). Como tecnología de sinterización se empleará el método convencional y el método no-convencional mediante microondas. Se realizará un estudio de estabilidad de las fases presentes mediante difracción de rayos X y se evaluarán las propiedades mecánicas y microestructurales con el fin de obtener los mejores materiales con unas propiedades finales excepcionales.

[EN] Today, many industrial applications require components that work under extreme conditions, especially at very high temperatures (>1200 °C) for a long time. Properties such as low thermal conductivity, low coefficient of thermal expansion and high chemical resistance are required for such applications. Advanced ceramic materials based on zirconia-zircon composites (ZrO2-ZrSiO4) possess these properties, thus making them attractive for this kind of applications. The main drawback of these materials are the high temperatures and long residence times required to sinter them and obtain high densities, which entails high energy consumption and costs. Therefore, non-conventional microwave sintering is a promising technique capable of reducing sintering and holding temperatures, resulting in energy savings and cost reductions in the order of 70% compared to conventional methods. The objective of this study is to evaluate the sinterability of zirconia-zircon powders obtained by colloidal methods (20-80 vol% and 80-20 vol% ZrO2-ZrSiO4). As sintering technology, the conventional method and the non-conventional method by microwave will be used. A stability study of the phases present will be carried out by X-ray diffraction and the mechanical and microstructural properties will be evaluated in order to obtain the best materials with exceptional final properties.

[CA] Hui en dia, moltes aplicacions industrials requereixen components que treballen en condicions extremes, especialment a temperatures molt elevades (>1200 °C) durant molt de temps. Per a aquestes aplicacions és necessari que els materials posseeixin propietats com baixa conductivitat tèrmica, baix coeficient d’expansió tèrmic i alta resistència química. Els materials ceràmics avançats basats en composites circó-circona, compleixen aquestes propietats, per tant, els fa atractius per a aquesta classe d’aplicacions. El principal inconvenient són les elevades temperatures y el llargs temps de permanència necessaris per a sinteritzar-los i obtindré altes densitats, el que suposa un gran consum tant energètic com econòmic. Per això, el sinteritzat no-convencional basat en microones és una tècnica prometedora capaç de reduir les temperatures de sinterització i de manteniment, el que es pot traduir en un estalvi energètic i una reducció dels costos de l’ordre del 70% en comparació amb els mètodes convencionals. L’objectiu d’aquest estudi és analitzar la sinterabilitat de mescles circó-circona obtingudes per mètodes col·loidals (20-80 % vol. y 80-20 %vol. de circó-circona). Com a tecnologia de sinterització s’utilitzarà el mètode convencional i el mètode no-convencional mitjançant microones. Es portarà a terme un estudi d’estabilitat de les fases presents mitjançant difracció de raigs X i a més, s’estudiaran les propietats mecàniques i microestructurals amb l’objectiu d’obtindre els millors materials amb unes propietats finals excepcionals.