Síntesis de nanocomposites NTC-13%ZrO₂ – (87-x)Al₂O₃-xFe

Abstract

INTRODUCCIÓNLas necesidades tecnológicas actuales reclaman la fabricación de materiales cuyas propiedades mecánicas sean elevadas, debido a que sus aplicaciones resultan cada vez más diversas. Las propiedades de las cerámicas avanzadas son particularmente atractivas debido a sus aplicaciones estructurales tales como la aeronáutica, biomedicina y aeroespacial, especialmente cuando las condiciones ambientales y de desgaste son particularmente severas.Como es bien conocido, el problema de la fragilidad de los materiales cerámicos se puede superar fabricando materiales compuestos reforzados con fibras, nanotubos de carbono, partículas metálicas, o bien adicionando óxidos como la zirconia. Particularmente los composites de cerámica elaborados de alúmina -zirconia son de gran interés tecnológico debido a sus propiedades mecánicas. Por un lado, la alúmina alfa, posee una elevada dureza, así como buena resistencia mecánica; sin embargo presenta baja tenacidad, mientras que la zirconia tetragonal tiene una alta resistencia mecánica, alta tenacidad y una dureza más baja. En este contexto, se ha publicado un importante número de publicaciones con respecto a la síntesis del composite ZrO 2 -Al 2 O 3 , en diferentes proporciones. Los métodos más utilizados son: reacción en estado sólido, mecanosíntesis, combustión y coprecipitación (1-22). Varios autores han utilizado como precursores a los óxidos metálicos correspondientes en tamaños micrométricos, posteriormente los someten a un tiempo de molienda que oscila entre 8 y 24 h empleando bolas de alúmina como medios de molienda (1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14). Pocos son los trabajos que han aplicado los métodos de coprecipitación y combustión (15, 16); sin embargo, ambos métodos de síntesis requieren de un tratamiento térmico a temperaturas superiores o iguales a 1100 °C a fin de obtener las fases alfa-alúmina y zirconia tetragonal, existiendo diferencia Mediante una síntesis por combustión ureica-nitratos, calcinación y la aplicación de un tratamiento de deposición química catalítica de vapor (CCVD) en una atmósfera H 2 -CH 4 , se obtuvieron polvos nanocomposites: nanotubos de carbono (NTC) en una matriz cerámica -Fe, NTC-13 %ZrO 2 -(87-x)Al 2 O 3 -xFe, (x = 1.9, 4.6 y 6.4 %). El efecto de la adición de iones Fe sobre la matriz cerámica es estudiado y presentado. El polvo cerámico obtenido es calcinado a 1200 °C durante 2 h para modificar las fases presentes del composite. Posteriormente es sometido a una atmósfera reductora H 2 -CH 4 a 1000 °C con la finalidad de promover la formación de NTC in situ en la matriz. Tanto el composite obtenido, como el material nanocomposite fueron caracterizados por difracción de rayos X (DRX) y microscopía electrónica de barrido de alta resolución (MEB). También se determinó el contenido de carbono y la superficie específica. Se observó que la calidad y cantidad de NTC presentes en los polvos nanocomposites están relacionadas con la concentración de Fe, el cual modifica significativamente el contenido de carbono y la superficie...