OBTENCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE COMPOSITES ULTRADUROS PARA HERRAMIENTAS DE CORTE

Abstract

[ES] El desarrollo de nuevos materiales cerámicos de altas prestaciones requiere de la totalidad de la capacidad tecnológica disponible para su consolidación en cuerpos densos manteniendo su nanoestructura. Una de las aplicaciones industriales con mayor proyección de futuro en el mercado actual es la de los materiales nanoestructurados con elevada dureza, donde se encuentran las herramientas de corte y su mecanizado. Actualmente se están dedicando muchos esfuerzos al diseño de materiales superduros (con durezas superiores a los 25 GPa). A pesar de que el diamante es el material más duro conocido, y es irreemplazable en herramientas de desbastado, taladros, herramientas de corte para cementos, piedras de pulido, y herramientas de mecanizado, este presenta el gran inconveniente de reaccionar con el hierro bajo determinadas condiciones, por lo que no puede ser empleado en una aplicación tan demandada por la industria como es el mecanizado del acero. Por esta causa, durante los últimos años se han venido estudiando otros materiales superduros alternativos como son los carburos, nitruros y boruros. Dentro de este contexto, se pretende desarrollar materiales cerámicos base Al2O3-SiCw reforzados con grafeno, para conseguir excelentes propiedades finales, capaces de dar solución a la problemática planteada anteriormente. La combinación de estos materiales no sólo proporciona dureza al composite, sino que también mejora la tenacidad a la fractura y la resistencia a la fluencia. El objetivo de este Trabajo Fin de Grado es evaluar las propiedades finales, tanto mecánicas como tribológicas y de desgaste, de composites Al2O3-SiCw-Grafeno fabricados por la técnica no-convencional de Spark Plasma Sintering (SPS). El grafeno mejorará también la conductividad eléctrica de estos composites lo que permitirá la mecanización por descargas eléctricas y así poder diseñar herramientas con formas complejas.

[EN] The development of new high-performing ceramic materials requires all the technological capability available for their consolidation into dense bodies, while maintaining their nanostructure. One of the most promising industrial applications in the current market is that of high-hardness nanostructured materials, where cutting tools and their machining are included. A lot of effort is currently dedicated to the design of super-hard materials (whose hardness exceeds 25 GPa). In spite of the fact that the diamond is the hardest material known, and cannot be replaced in grinding tools, drills, cement cutting tools, polishing stones, and machining tools, it has the drawback that it reacts with iron under certain circumstances, so it cannot be used in an application as demanded by the industry as steel machining. Thus, during recent years other alternative super-hard materials such as carbides, nitrides and borides have been studied. Within this context, it is intended to develop graphene-reinforced Al2O3-SiCw based ceramic materials, in order to achieve excellent final properties, capable of solving the formerly described problems. The combination of these materials not only provides hardness to the composite, but also improves fracture toughness and creep resistance. The objective of this Final Degree Project is to evaluate the final properties, mechanical, tribological and wear, of Al2O3-SiCw-Graphene composites, made with the non-conventional technique of Spark Plasma Sintering (SPS). Graphene will also improve the electrical conductivity of these composites, which will allow machining by electrical discharges and thus being able to design complex-shaped tools.

[CAT] El desenvolupament de nous materials ceràmics amb altes prestacions requereix la totalitat de la capacitat tecnològica disponible per a la seua consolidació en cossos densos mantenint la seua nanoestructura. Una de les aplicacions industrials amb més projecció de futur al mercat actual és la dels materials nanoestructurats amb elevada duresa, on es troben les eines de tall i el seu mecanitzat. Actualment s'estan dedicant molts esforços al disseny de materials superdurs (amb dureses superiors als 25 GPa). Malgrat que el diamant és el material més dur conegut, i és irreemplaçable en eines d'escalabornat, trepants, eines de tall per a ciments, pedres de poliment, i eines de mecanitzat, aquest presenta el gran inconvenient de reaccionar amb el ferro sota determinades condicions, per la qual cosa no pot ser emprat en una aplicació tan demandada per la indústria com és el mecanitzat de l'acer. Per aquesta causa, durant els últims anys s'han vingut estudiant altres materials superdurs alternatius com són els carburs, nitrurs i borurs. Dins d'aquest context, es pretén desenvolupar materials ceràmics base Al2O3-SiCw reforçats amb grafé, per a aconseguir excel·lents propietats finals, capaces de donar solució a la problemàtica plantejada anteriorment. La combinació d'aquests materials no sols proporciona duresa al composite, sinó que també millora la tenacitat a la fractura i la resistència a la fluencia. L'objectiu d'aquest Treball Fi de Grau és avaluar les propietats finals, tant mecàniques com tribológiques i de desgast, de composites Al2O3-SiCw-Grafé fabricats per la tècnica no-convencional de Spark Plasma Sintering (SPS). El grafé millorarà també la conductivitat elèctrica d'aquests composites, el que permetrà la mecanització per descàrregues elèctriques i així poder dissenyar eines amb formes complexes.