Fabricación y propiedades mecánicas de nuevos materiales a base de alúmina reforzados con fibras de alúmina

Resumen

Este trabajo de investigación se enmarca dentro de la ambiciosa línea de investigación de nuevos materiales cerámicos compuestos con aplicaciones tecnológicas. El objetivo ha consistido en la fabricación de un material cerámico compuesto de forma reproducible mediante la técnica de sinterización por chispa de plasma, y su posterior caracterización mecánica y microestructural ante esfuerzos mecánicos a temperatura ambiente y a altas temperaturas. El material objetivo de esta memoria ha sido un material compuesto basado en alúmina policristalina reforzada con fibras de alúmina. Dos ideas leit-motivs han precedido a esta elección: la alúmina es, junto con la circonia itriada y la magnesia, el material cerámico por excelencia en el mundo tecnológico actual. Como es bien sabido, el mercado es eminentemente conservador y sólo tras muchas pruebas acepta reemplazar un material que ha resultado exitoso con creces. Parece una buena idea intentar mejorar la alúmina con fibras de alúmina igualmente. Es evidente que muchas propiedades positivas de la alúmina van a permanecer inalteradas y a priori es plausible pensar que las propiedades mecánicas pueden resultar mejoradas. En particular, la alúmina es de suyo un material con una resistencia a la oxidación y a la corrosión que obviamente van a quedar incólumes. Por otra parte, el estudio de la resistencia a la fractura y de la plasticidad a altas temperaturas es a primera vista un objetivo atractivo: no se ve afectado por la formación de terceras fases, fases vítreas o reacción en las fronteras de grano. Es desde el punto de vista teórico, un problema de redistribución de tensiones en el interior del material, que altera el posible deslizamiento de las fronteras de grano durante la solicitación mecánica. En esta memoria se describen, en primer lugar, las condiciones de optimización del sinterizado mediante chispa de plasma de policristales de alúmina. Con posterioridad se reportan las condiciones para la fabricación de composites reforzados de alúmina en forma reproducible. En los siguientes capítulos se estudian las propiedades de fractura a temperatura ambiente y plasticidad a altas temperaturas, procediendo a la modelización de ambos fenómenos. Los resultados prueban que estos composites son muy ventajosos tanto a altas como a bajas temperaturas y son una alternativa viable y poco costosa para reemplazar sistemas compuestos más exóticos, más costosos (como los basados en nanotubos de carbono o grafeno) pero con escasa reproducibilidad.