Sinterización y caracterización de composites circón-circona obtenidos por técnicas no-convencionales

Abstract

[ES] Actualmente, el interés en la mayoría de las aplicaciones que operan en condiciones extremas requiere el continuo desarrollo de nuevos materiales y de nuevos procesos de obtención. Cada vez son más las industrias que demandan materiales capaces de soportar condiciones de uso extremas, como pueden ser temperaturas mayores a los 1200 °C, ambientes abrasivos, cambios bruscos de temperatura,¿. En este sentido las cerámicas avanzadas presentan unas propiedades mejoradas y una mayor vida útil que sus homólogas tradicionales. El inconveniente es, sin lugar a duda, su obtención. Es necesario ajustar las fórmulas químicas, las síntesis y, por supuesto, la sinterización. Los largos tiempo de estancia necesarios para su sinterización supone un elevado consumo energético y económico, por lo que es necesaria la búsqueda de alternativas que inhiban o al menos minimicen estos inconvenientes. A raíz de estas desventajas, se están desarrollando nuevas técnicas, no convencionales, que reducen tanto el consumo y coste energético como el impacto medioambiental al emitir una menor generación de gases de efecto invernadero. Las dos técnicas de sinterización más innovadoras son las basadas en microondas (MW) y la asistida mediante campo eléctrico pulsado o spark plasma sintering (SPS). Se pueden conseguir mejores propiedades debido al mayor control en los mecanismos de densificación y en el tamaño del grano, además de reducir la temperatura de sinterización final y los tiempos de estancia. Todo esto se traduce en un importantísimo ahorro energético. En este Proyecto Fin de Máster, se plantean ambas técnicas como alternativa al método tradicional con la que se pretende demostrar estas mejoras sustanciales. Como material de estudio se han escogido dos composites de circón-circona estabilizada con itria (10 y 20 %vol ZrO2). Estos materiales compuestos presentan una alta estabilidad y resistencia química, un bajo coeficiente de expansión térmica, una baja conductividad térmica, una elevada dureza y tenacidad a la fractura.

[EN] Nowadays, the interest in most applications operating under extreme conditions requires the continuous development of new materials and new production processes. More and more industries are demanding materials capable of withstanding extreme conditions of use, such as temperatures above 1200 °C, abrasive environments, abrupt changes in temperature, ..... In this respect, advanced ceramics have improved properties and longer lifetimes than their traditional counterparts. The drawback is undoubtedly their production. Chemical formulas, syntheses and, of course, sintering have to be adjusted. The long residence time required for sintering means high energy and economic consumption, so it is necessary to look for alternatives that inhibit or at least minimise these disadvantages. As a result of these disadvantages, new, non-conventional techniques are being developed that reduce both energy consumption and cost, as well as the environmental impact by emitting fewer greenhouse gases. The two most innovative sintering techniques are microwave (MW) and pulsed electric field assisted or spark plasma sintering (SPS). Better properties can be achieved due to better control of the densification mechanisms and grain size, as well as lower final sintering temperatures and shorter residence times. All this translates into significant energy savings. In this Master's Thesis, both techniques are proposed as an alternative to the traditional method in order to demonstrate these substantial improvements. Two yttria-stabilised zirconia composites (10 and 20 %vol ZrO2) have been chosen as study materials. These composites show high stability and chemical resistance, low coefficient of thermal expansion, low thermal conductivity, high hardness and fracture toughness.