6
367-371
P. Pardoa, A. Pucheb, R. Ibáñezb, J. Bastidaa, V. Primob
a) Departamento de Geología de la Universidad de Valencia
Dr. Moliner, 50, 46100-Burjasot-España
b) Instituto de Ciencia del Materiales de la Universidad de Valencia (I.C.M.U.V.)
Pol. “La Coma” s/n, 46980 Paterna (Valencia) - España
En el presente trabajo se estudia la reducción de la porosidad superficial de cuerpos cerámicos porosos por láser. El tratamiento se realiza en dos etapas: En la primera las superficies de los cuerpos cerámicos se impregnan con una solución basada en silicato sódico y/o potásico susceptible de formar vidrio durante el tratamiento láser. En la segunda etapa se irradian los cuerpos cerámicos, ensayándose diferentes configuraciones de los parámetros de la radiación láser. Se realizan ensayos de absorción de agua para evaluar la evolución de la porosidad, obteniendo reducciones significativas con respecto al valor de la cerámica sinterizada sin tratar. Se caracterizan las fases cristalinas en función del tipo de tratamiento por medio de difracción de rayos X, y se estudia la superficie generada mediante microscopía óptica y electrónica.
Palabras clave:Láser, cerámica, porosidad, superficie.
Laser surface treatment of ceramic materials
Reduction of surface porosity in ceramic bodies by laser is studied. Laser treatment consist in two stages; in the first one, ceramic bodies are coated with a sodium and or potassium silicate based solution, which can form glass during laser radiation. In the second stage coated ceramic bodies are radiated with some configurations of laser radiation parametres. Porosity of the samples is characterized by water absortion test, and the modified surface is studied by XRD and electronic and optic microscopy.
Key words:
laser, ceramics, porosity, surface.
372-378
A. Mosquera1, J. A. Varela2, J.E. Rodríguez- Páez1.
1Grupo CYTEMAC. Departamento de Física/FACENED
Universidad del Cauca. Calle 5 # 4-70.Popayán – Cauca / Colombia.
Tel. 57-8209800 Ext 2410.Fax 57-8209860.
2LIEC. Universidad Estadual Paulista. Instituto de Química.
Araraquara – Brasil.
La síntesis de polvos cerámicos basados en SnO2 fue realizada a través de los métodos de coprecipitación y precursor polimérico (Pechini) y el producto obtenido fue utilizado para obtener varistores del sistema Sn-Co-Nb-Ti-Al. Las partículas del polvo cerámico obtenido presentaron tamaño nanométrico y según los resultados de Difracción de Rayos X, la fase cristalina más importante presente en ellas fue SnO2. Para determinar el comportamiento de las muestras sintetizadas frente a los tratamientos térmicos se realizó análisis térmico (ATD/TG) de las mismas. De los estudios de dilatometría, realizados a muestras prensadas previamente, se determinaron las condiciones óptimas de sinterización de esta materia prima. Las propiedades microestructurales y eléctricas de muestras sinterizadas fueron estudiadas utilizando microscopía electrónica de barrido MEB y curvas I-V. Las muestras presentaron comportamiento varistor independientemente del método de síntesis utilizado, con valores tan altos del coeficiente no-lineal como 32. La presencia de Al3+ favoreció la concentración de vacantes de oxígeno y el crecimiento del tamaño de grano.
Palabras clave:síntesis; Pechini; Coprecipitación; Varistor; SnO2.
Chemical methods to obtain SnO2 based varistors
Synthesis of SnO2 ceramic powders was made by coprecipitation method and polymeric precursor method (Pechini) to obtain Sn-Co-Nb-Ti-Al varistor systems. The particles of the obtained ceramic powder presented nanometric size and SnO2 was the principal crystalline phase in them according to X-ray diffraction results. To determine the behavior of the synthesized samples in front of the thermal treatments, thermal analysis (DTA/TG) were made. Dilatometric studies on previously pressed samples were carried out. The optimal conditions of sintering of this raw material were determined. Microstructures and electric properties of sintered samples were studied using scanning electron microscopy (SEM) and I-V characteristics curves. The samples presented varistor behavior independent of the synthesis method used, with high nonlinearity values as 32. The presence of Al3+ favored the concentration of oxygen vacancies, and the grain growth.
Key words:
Synthesis; Varistor; SnO2 ; Coprecipitation; Pechini.
379-388
D. Soriano, A. Mazo, J. Rubio, F. Rubio, J. L. Oteo
Departamento de Química-Física de Superficies y Procesos, Instituto de Cerámica y Vidrio
(C.S.I.C.) – c/Kelsen, nº 5. Campus Cantoblanco. 28049. Madrid, España.
En este trabajo se ha estudiado la degradación térmica de nanocomposites resol-alcóxido (TEOS o APS) preparados mediante el proceso sol-gel. Esta degradación se ha caracterizado tanto mediante estudios cinéticos (Energía de Activación, orden de reacción y factor pre-exponencial) como por estudios degradativos (IPDT, IDT). En todos los casos la base de estudio han sido los termogramas realizados a distintas velocidades. Los valores de las energías de activación encontrados han sido similares a nanocomposites recogidos en la bibliografía (con valores comprendidos entre 100 y 200 kJ.mol-1). Por otro lado, los órdenes de reacción han estado comprendidos entre 1,5 y 3,0 dependiendo del método utilizado y del nanocomposite analizado. Los valores de IPDT para todos los nanocomposites han sido superiores a 500 ºC llegando en algunos casos a los 650 ºC. Finalmente se han calculado los valores del tiempo de vida media para una temperatura de 505 ºC y una degradación del 95% del nanocomposite, habiéndose alcanzado valores superiores a los 1100 minutos. Todos estos resultados se han correlacionado con los espectros IR en los que se ha observado que las mayores resistencias se alcanzan en aquellos nanocomposites en los que la resina interacciona con las partículas del alcóxido.
Palabras clave:Nanocomposites, resol, TEOS, APS, degradación térmica, cinética.
Thermal degradation of TEOS/resol and γ-APS/resol nanocomposites
The thermal degradation of TEOS-resol and APS-resol nanocomposites prepared by the sol-gel process has been studied in this work. Kinetic studies based on activation energies, reaction orders and pre-exponential factors as well as degradation analysis based on IPDT and IDT have been used in this work. For such studies thermograms at different heating velocities have been used. Activation energies between 100 and 200 kJ.mol-1 have been obtained in this work. Such values are of the same order as those found in the literature. On the other hand reaction orders vary between 1,5 and 3,0, depending on the nanocomposite analysed and the procedure used. At the same time IPDT values have been always higher than 500 ºC reaching values close to 650 ºC in some cases. Finally half life times calculated at a degradation temperature of 505 ºC and conversions of 95% have reached 1100 minutes for the best nanocomposites. All of these results have been correlated with IR spectra showing that those nanocomposites where resol molecules react with hydrolysed TEOS or APS they give the high degradation resistance.
Key words:
Nanocomposites, resol, TEOS, APS, thermal degradation, kinetics.
389-395
A. Salazar, J. Gómez-García, P. Poza y V. Utrilla
Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales
Escuela Superior de Ciencias Experimentales y Tecnología
Universidad Rey Juan Carlos
C/ Tulipán, s/n
28933 Móstoles. Madrid
En este trabajo se estudia la degradación de un recubrimiento 70%ZrO2 – 30%CaO crecido por proyección térmica de oxiacetileno sobre un acero inoxidable austenítico AISI 304 y empleando una aleación de Ni-6%Al-5%Mo como capa de anclaje. Los recubrimientos se trataron térmicamente en aire a 800 ºC durante 48, 120 y 288 horas para evaluar la degradación de estos materiales por oxidación isotérmica. La evolución de la microestructura de las barreras como consecuencia del proceso de oxidación se analizó mediante microscopía electrónica de barrido ambiental, microscopía electrónica de transmisión, microanálisis de rayos X (EDX) y difracción de rayos X. Durante la oxidación de los recubrimientos creció una capa intermedia de óxidos (“thermally grown oxides”, TGO) entre el anclaje metálico y el recubrimiento cerámico formada por una mezcla de óxidos de Al y Ni.
Palabras clave:barreras térmicas ZrO2-CaO/NiAlMo, proyección térmica, oxidación, tratamientos térmicos, microscopía electrónica de barrido, microscopía electrónica de transmisión y difracción de rayos X
Degradation of thermal barrier coatings ZrO2-CaO/NiAlMo by isothermal oxidation.
This paper analyses the degradation of a ceramic top coating 70%ZrO2 – 30%CaO deposited onto a stainless steel AISI 304 by thermal spray, using Ni-6%Al-5%Mo as overlay coating. These thermal barrier coatings were heat treated for 48, 120 and 288 h at 800 ºC to evaluate the degradation of these materials by isothermal oxidation. The microstructure evolution during oxidation was analysed by environmental scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, X ray microanalysis and X ray diffraction. A thermally grown oxide layer was observed between the overlay coating and the ceramic top coating after oxidation. This layer was formed by a mixed Al and Ni oxides
Key words:
thermal barrier coatings, thermal spray, oxidation, heat treatment, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, X ray diffraction.
396-400
P. Rey, J. Franco, A. Souto, F. Guitián
Instituto de Cerámica de Galicia. Avda Maestro Mateo S/N. Campus Sur.
15782 Santiago de Compostela. España.
Las cerámicas de circonato de bario (BaZrO3) se descomponen por tratamiento térmico en condiciones reductoras en vacío. Esta descomposición se produce por volatilización selectiva del BaO, y conduce a la aparición de partículas de circona monoclínica de elevada relación de aspecto en las superficies del material expuestas a la atmósfera reductora. La profundidad del ataque superficial y las pérdidas de peso aumentan con el tiempo y la temperatura del tratamiento. Esta inestabilidad condiciona el uso de materiales de BaZrO3 en condiciones fuertemente reductoras a altas temperaturas.
Palabras clave:circonato de bario, reducción superficial, circona monoclínica, condiciones de equilibrio.
Stability of barium zirconate ceramics under reducing conditions.
The stability of barium zirconate (BaZrO3) components in reducing conditions at high temperatures has been studied. The experiments consisted in thermal treatments at temperatures in the range 1300°C-1500°C, for times up to 5 hours, under vacuum (absolute pressure: 10 Pa). Weight losses up to 3% have been achieved. XRD and SEM characterization of the ceramics after the above experiments showed the presence of high aspect-ratio monoclinic zirconia particles on the surfaces of the ceramics. These results can be explained in terms of selective volatilization of BaO, and must be considered for using barium zirconate ceramics at high temperatures under reducing environments.
Key words:
Barium zirconate, surface reduction, monoclinic zirconia, equilibrium conditions.
401-407
P. POZA (A), J. Y. PASTOR (B), J. LLORCA (B) Y Y. WAKU (C)*
(a) Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales. Escuela Superior de Ciencias Experimentales y Tecnología. Universidad Rey Juan Carlos.
C/ Tulipán, s/n. 28933 Móstoles. Madrid
(b) Departamento de Ciencia de Materiales. Universidad Politécnica de Madrid. Escuela Técnica S. de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos.
c/ Profesor Aranguren, s.n. 28040 Madrid.
(c) Japan Ultra-High Temperature Materials Research Institute.
573-3, Okiube, Ube City, Yamaguchi. 755-0001 Japan.
Esta investigación se ha centrado en el estudio de un eutéctico cerámico Al2O3/YAG fabricado por solidificación direccional mediante el método de Bridgman. Se han realizado ensayos de tenacidad de fractura por flexión en tres puntos y se ha medido el módulo de elasticidad entre temperatura ambiente y 1650 ºC. Así mismo se han utilizado dos velocidades de ensayo para analizar la influencia de la velocidad de deformación en el comportamiento en fractura. El comportamiento ha sido frágil hasta 1400 ºC, temperatura a partir de la cual comienzan a aparecer fenómenos plásticos. Estos se reducen o desaparecen cuando se aumenta la velocidad de deformación del material. Finalmente, el estudio se ha completado con el análisis de los mecanismos de deformación y rotura en el frente de la grieta.
Palabras clave:Eutécticos cerámicos, solidificación direccional, propiedades mecánicas, fractura, microscopía electrónica de barrido, microscopía electrónica de transmisión.
Fracture behaviour of a directionally solidified Al2O3/YAG eutectic
This investigation was aimed to analyse the mechanical behaviour of an eutectic ceramic Al2O3/YAG processed by directional solidification in a Bridgman furnace. Fracture toughness and young modulus were measured through three point bend tests from room temperature up to 1650 ºC. These tests were performed under stroke control using two different cross-head speeds to analyse the influence of strain rate on the fracture behaviour. The material was brittle up to 1400 ºC and plastic deformation was found at higher temperature. Plastic deformation was reduced, or even disappeared, when the strain rate was increased. Finally, the investigation was completed with the analysis of the deformation and fracture micromechanisms in the crack tip.
Key words:
Eutectic ceramics, directional solidification, mechanical behaviour, fracture, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy.
408-412
O. SANZ-GUERRERO1, P. CUBERO1, M. A. RODRÍGUEZ2
1) Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, C/Kelsen 5, 28049 Madrid
2) Instituto de Cerámica y Vidrio, C/Kelsen 5, 28049 Madrid
Se ha realizado un análisis de la evolución del factor de impacto de la revista. Para ello se han evaluado los resultados de una encuesta realizada entre los socios de la Sociedad Española ce Cerámica y Vidrio, SECV, lectores y autores de la revista. El perfil del usuario de la revista es el de un profesional dedicado a la investigación y desarrollo en materiales cerámicos y vítreos que es autor de trabajos científicos. El interés de los encuestados se contrasta con los datos derivados del SCI para el periodo en el que la revista ha formado parte de dicha base de datos. El aumento en el factor de impacto de la revista Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, esta relacionado con un factor de proximidad muy elevado y una vida media de las citaciones muy corta. Ambos factores señalan que la revista en cuanto a su orientación científica, se encuentra limitada a una comunidad muy pequeña constreñida principalmente por el idioma.
Palabras clave:cerámica; vidrio; factor de impacto; revistas científicas.
Impact evolution in the Bulletin of the Spanish Ceramic and Glass Society
An analysis of the impact evolution of the journal Bulletin of the Spanish Ceramic and Glass Society has attempted. The results of an inquiry between Spanish Glass and Ceramic Society, SECV, members as well readers and author have been took into account. The profile of the received inquiries reveals that the user of the journal is mainly a ceramic and glass professional devoted to R+D that published scientific papers. This interest was compared with the data obtained from SCI. The increase of the impact facto of the SECV journal is related to a high relatedness index and a short cited half-life. Both factor point out that the scientific nature of the journal is limited to a small community restricted by the language.
Key words:
ceramic; glass; impact factor; scientific journals.
5
305-312
J.J. LUPION ALVAREZ*, M. ARJONILLA ALVAREZ**, A. RUIZ-CONDEX, P.J. SANCHEZ-SOTOX
*Consorcio-Escuela de Formación de Artesanos de Gelves “Della Robbia”, Consejería de Empleo, Junta de Andalucía,
Prado del Cañuelo s/n, 41120-Gelves (Sevilla)
**Departamento de Pintura, Facultad de Bellas Artes, Universidad de Sevilla
XInstituto de Ciencia de Materiales de Sevilla (ICMSE), Centro Mixto CSIC-US, c/Américo Vespucio nº 49,
Centro de Investigaciones Científicas Isla de la Cartuja, Centro Mixto CSIC-US-Junta de Andalucía, Isla de la Cartuja, 41092-Sevilla
Se describen y estudian una serie de composiciones cerámicas del Patrimonio Histórico-Artístico y Cultural (siglo XVI) que existen en la iglesia del Convento Madre de Dios de Sevilla. Se trata del denominado frontal de altar y dos paneles laterales, realizados mediante la técnica del azulejo plano polícromo (12,5 x 12,5 cm). Son de temática apocalíptica y están ubicados debajo de un retablo de madera dedicado a San Juan Evangelista. El estudio llevado a cabo ha permitido apreciar su interés y singularidad desde el punto de vista histórico-artístico y ceramológico, con modelos poco frecuentes o desconocidos en la cerámica, en general, y sevillana en particular, así como su estado de conservación, que no es bueno debido a su notable deterioro.
Se discute sobre la documentación existente de la obra y las pruebas de su autoría por la firma AV.GTSA:FA que se atribuye a Cristóbal de Augusta, según se ha logrado deducir. Por último, se ha realizado una reconstrucción virtual de la obra mediante el uso de la fotografía digital y de herramientas informáticas, así como una propuesta de intervención para una posterior labor de restauración.
Palabras clave:azulejo, patrimonio cultural, frontal, zócalo, ceramología
‘Frontal de altar’ and ceramic panels (XVI century) into the church of Convento de Madre de Dios (Sevilla): conservation state and virtual re-construction
It is described and studied several ceramic compositions (16th century) of Cultural Heritage, in the church of Convento Madre de Dios (Sevilla). It is dealed with the so-called “frontal de altar”, and two ceramic panels at the side, made by the technic of polychrome plated tiles (size 12,5 x 12,5 cm). This ceramic work is inspired in the Apocalipsis. They are located under an altarpiece in wood dedicated to St. John the Evangelist. The present study has allowed to evaluate highly its interest and singularity from both the historical-artistic and ceramology points of views, with models scarcely frequent or unknown in Ceramic Art, in general, and particularly at Sevilla. The conservation state of the ceramic composition in the frontal de altar was also investigated, being not so good due to their remarkable deterioration.
It is discussed the documentation that exists concerning this artistic work, and the proofs of the author by a signature (AV.GTSA:FA), which is attributed to Cristóbal de Augusta. Finally, it has been performed a virtual re-construction of the scene represented at the ceramic frontal de altar. For this purpose, digital photography and data treatment using computer methods have been applied. From all these results, it has been designed a proposal to take part in this artwork for a next possible restauration.
Key words:
ceramic tile, Cultural Heritage, face front of altar, socle, Ceramology
314-320
S. Guzmán*, M.E. Rabanal*, F. Velasco*, J.M.Torralba* y J.M. Jiménez**
*Dpto. de Ciencia e Ingeniería de Materiales e Ingeniería Química. Universidad Carlos III. Avda. Universidad 30, 28911 Leganés, Madrid, Spain.
** Centro Tecnológico Repsol, Crta. N-V, km 18, 28931-Móstoles, Madrid, Spain.
En este trabajo se presentan los resultados del proceso de molienda mecánica de alta energía de distintos coques (un coque de recarburación, otro regular y otro combustible) con contenido variable de azufre desde 0.23, 0.71 y 6.03% en peso procedentes del refino del petróleo, respectivamente. La influencia de parámetros experimentales de molienda, como velocidad y tiempo, se ha estudiado utilizando dos molinos planetarios de alta energía, con diferente velocidad, 400 y 600 r.p.m. Las muestras molidas han sido caracterizadas tanto morfológica como estructuralmente por diferentes técnicas experimentales. El tamaño medio de partícula ha sido de 50 μm después de 16 h a 400 r.p.m. En el caso de la molienda a más alta velocidad, se alcanzan dichos tamaños de partícula después de 8 h. Paralelamente, se ha determinado la superficie específica de los coques molidos con el tiempo de molienda, viéndose que este factor solo influye en el coque de recarburación. El comportamiento térmico muestra que el coque de recarburación presenta una temperatura de inicio (onset) de descomposición menor que el resto de los coques y además ésta decrece con el tiempo de molienda. Se ha medido el contenido en oxígeno y nitrógeno observándose un comportamiento diferente según el coque estudiado, observándose un aumento del contenido de oxígeno con el tiempo de molienda en el coque de recarburación y el coque regular.
Palabras clave:Coque, Grafito, Molienda Mecánica de Alta Energía, Distribución de Tamaño de Partícula.
Influence of the Conditions of Mechanical Grinding in Different Types of Petroleum Cokes.
In this work, several results concerning mechanical grinding of cokes (recarburation, regular and combustible ones), obtained from refine processes of petroleum, are presented. A wide spectrum of sulphur content has been used, i.e from 0.23, 0.71 and 6 % (wt), respectively.
The influence of several parameters, such as, speed and time have been studied. High energy planetary mills have been used; working in the range of 400 to 600 r.p.m. Different techniques have been used for the structural and morphological characterisation. Particle size distribution measuremets have been performed by means of a Laser-particle sizer. The average particle size found with this method has been 50 μm, after 16 hours of milling with a speed of 400 r.p.m. If grinding process is performed with a higher speed, this average particle size is achieved after only 8 hours of milling.
Simultaneously, the specific surface of all milled cokes has been quantified with the milling time, seeing that this factor influences in the recarburation coke. The thermal behavior shows that the recarburation coke begins its decomposition (onset) at decreasing temperatures with milling time. Oxygen and nitrogen have been measured, being their contents different for each coke, an increase of the content of oxygen with the milling time was observed in recarburation and regular cokes.
Key words:
Coke, Graphite, High Energy Mechanical Grinding, Particle Size Distribution.
321-329
L. SÁNCHEZ-MUÑOZ, O. ROVER*, J. SANZ**, J. GARCÍA-GUINEA***
CIEMAT, Avda. Complutense 22, 28040 Madrid
*CRSCM-CNRS (Orléans, Francia)
** Instituto Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC)
***Museo Nacional de Ciencias Naturales (CSIC)
Se han estudiado estructuras de feldespatos potásicos triclínicos (microclinas) intercrecidos con feldespatos sódicos en texturas pertíticas procedentes de pegmatitas graníticas a diferentes escalas de observación, mediante microscopía de luz transmitida (MLT), difracción de rayos-X (DRX), resonancia magnética nuclear de alta resolución del núcleo 27Al (RMN), y mapas químicos de contenido en Na por microsonda electrónica (ME). Las pertitas pegmatíticas son sistemas complejos en cuyos feldespatos potásicos se han identificado dos periodos genéticos independientes de recristalización durante el enfriamiento geológico. En el primer periodo, en la estructura mineral se produce la construcción gradual de patrones macroscópicos regulares pseudoperiódicos, como consecuencia del efecto combinado de un ordenamiento local no-ergódico en la distribución Si/Al y de un efecto cooperativo global de la estructura del cristal. Desde las interfases incoherentes con el feldespato sódico surgen frentes de transformación a modo de avalanchas que pueden coalescer longitudinalmente y yuxtaponerse transversalmente para auto-ensamblarse, y finalmente evolucionar hasta formar dominios-macla (leyes Albita y Periclina), como unidad cristalina de construcción de la macroestructura. Estos procesos de auto-organización se activan cuando el sistema está abierto a la circulación de moléculas de agua catalizadoras para el ordenamiento de la red, al tiempo que existe una estimulación externa por tensiones tectónicas de cizalla. Durante el segundo periodo se destruyen los patrones estructurales creados previamente, por: (i) maclados de relajación y deformación, (ii) engrosamientos de dominios por disolución-reprecipitación debidos a interacciones con fluidos acuosos a baja temperatura, (iii) reorientaciones de dominios-macla según ley Periclina hacia orientaciones de ley Albita.
Palabras clave:microclina, orden Si/Al, dominios-macla, macroestructuras, auto-organización, sistemas complejos.
Mechanism of construction-destruction of macrostructural patterns in perthitic microcline as complex systems.
The structures of microcline perthites collected from granitic pegmatites have been studied at different observation scales using optical microscopy (OM), X-ray diffraction (XRD), 27Al MASS-NMR spectroscopy, and electron microprobe (EMPA) with Na mappings. Pegmatite perthites are identified as complex systems. During the cooling process, K-rich feldspars display two separated genetic periods of recrystallization, each one with variable intensity along different samples. During the first period, in the mineral structure a progressive construction of macrostructural pseudo-periodic patterns is produced. These regular patterns emerge due to a combined mechanism of non-ergodic Si/Al local ordering and a global cooperative effect of the crystal structure. From the incoherent Na/K interfaces arise transformation fronts (avalanches) which can coalesce longitudinally and juxtapose transversally to self-assemble into irregular domains. Finally, they can evolve up to create regular twin-domains (Albite and Pericline laws) as the crystal unit of the macrostructural building. This self-organization process is activated when the system is open to water circulation acting as a catalyst of Al/Si ordering in the feldspar lattice linked with an external stimulation by shear tectonic stress. During the second period the structural patterns, previously created, are destroyed by (i) relaxation and deformation twinning mechanisms, (ii) coarsening of twin-domains produced by dissolution-precipitation due to aqueous fluids interactions at low temperature, (iii) reorientation of Pericline-law twin-domains to the Albite-law orientation.
Key words:
microcline, Si/Al order, twin-domains, macrostructures, self-organization, complex system
330-337
J. Bastida1, P. Pardo1, M. Kojdecki2 y P.Ramo3.
1 Departamento de Geología. Universidad de Valencia. 46100 Burjasot, Valencia (España)
2 Instytut Matematyki i Kryptologii, Wojskowa Akademia Techniczna, 00-908 Warszawa, Poland.
3 Departamento de Ingeniería y Ciencia de los Computadores. Universitat Jaume I. 12071 Castellón de la Plana (España)
Se practica el análisis microestructural por DRX (métodos de Warren- Averbach y de la función de Voigt) para diferentes direcciones en una sepiolita de referencia sometida a molienda en molino de giro excéntrico de alta energía. El segundo método se muestra más adecuado para el estudio de sepiolita, dadas las características de su difractograma y pone de manifiesto eficazmente las pautas generales de disminución de tamaño de cristalito y de aumento de distorsiones de red durante el proceso. La realización de una modelización morfológica previa permite la identificación de formas cristalinas en imágenes de FESEM, así como el encuadre de los datos de DRX, en la observación microscópica. Los tamaños aparentes de cristalito medidos para direcciones relacionadas con caras prismáticas y pinacoidales de morfología prevalente son consistentes con las mediciones efectuadas en FESEM, cuyos intervalos de anchuras medidas en caras rectangulares incluyen los intervalos de valores de tamaños medidos por DRX para las direcciones de difracción [110] y [010]. La sepiolita procesada se presenta como agregados de cristales en forma de cinta cuyas caras prismáticas y pinacoidales presentan elongación paralela a la dirección [001] y cada uno de los cuales consta de varios cristalitos. Los decrecimientos de tamaño de cristalito apreciados por DRX pueden considerarse conformes con las observaciones micromorfológicas en FESEM así como con la evolución de la superficie específica.
Palabras clave:Microestructura, difracción de rayos X, tamaño de cristalito, FESEM, sepiolita
Comparative microstructural analysis (XRD and FESEM) of sepiolite
Microstructural size characteristics of a reference sepiolite during grinding in a vibratory cup mill have been studied through X-ray diffraction (XRD) line broadening analysis, with Warren- Averbach and Voigt function method in different diffraction directions and through field emission electron microscope (FESEM) images and surface area measurements. The second XRD method seem s to be more useful for sepiolite analysis because of the difficulty of the Warren – Averbach to be used ; it provides the general trends for crystallite size and strain evolution along the comminution by vibrating dry- milling of sepiolite. A previous morphological modelling allows the interpretation of FESEM images. The apparent crystallite sizes determined via the X- Ray diffraction are in agreement with measurements of widths of the prevalent pinacoidal and prismatic prevalent faces ( of {110}y {010} forms) on FESEM images. The found ranges for FESEM width values in rectangular shaped faces includes the XRD crystallite sizes found for [110] and [010] directions o diffarction. So the observed decreasing of XRD crystallite size trough comminution is in agreement with FESEM micromorphological and surface area measurements. .
Key words:
Microstructure, X Ray Diffraction, crystallite size, FESEM, sepiolite
338-345
J.Albors, J.L.Hervas, P.Marquez
Depto.Org.Empresas, UPV
Resumen. La literatura de estrategia y gestión ha considerado los factores situacionales como la base de la teoría de contingencia en la gestión de empresas. Las estrategias de tecnología de producción siguen esta pauta y tienden a adaptarse al contexto competitivo de la organización. Este trabajo tratará de demostrar esta hipótesis en el caso de la industria cerámica española.
Este sector se concentra en un cluster muy competitivo en la Comunidad Valenciana. Sin embargo, la perspectiva de la globalización ha traído a escena nuevos competidores en el ámbito mundial, como por ejemplo del Este asiático. Este hecho, el origen artesanal de la industria, un entorno cambiante con necesidad de un mayor enfoque al cliente y las propias características del proceso industrial, han propiciado la alineación de las estrategias de producción de tecnología más con la demanda de factores situacionales que con los objetivos de las organizaciones.
Considerando este escenario, los autores han llevado a cabo dos encuestas en una muestra representativa del sector. Estas contemplan las respuestas de las empresas a preguntas relacionadas con la gestión, el diseño y marketing, así como a las estrategias de tecnología de producción.
El análisis estadístico de los resultados de las encuestas concluye con una clasificación de las empresas según sus estrategias y resultados económicos, en grupos claramente definidos. De igual modo, el estudio concluye que la supervivencia de las empresas dependerá de la tendencia de las organizaciones para adaptar estrategias flexibles y proactivas (en términos de tecnología y marketing) alineadas con su entorno competitivo.
Palabras clave:Gestión de producción, contingencia, clusters.
Contingent adoption of production technology in the spanish tile ceramic cluster. An empirical study.
Strategy and management literature has considered situational factors as a basis for a contingency theory of firm management. Firm production technology strategies follow this trend and tend to adapt to the firm competitive context. This paper will try to demonstrate this hypothesis in the case of the tile ceramic industry in Spain. This industry concentrates in a very competitive cluster in the East of Spain. However the globalisation perspective has brought new global competitors from East Asia. This fact, a changing customer environment and the industry process characteristics, shape technology production strategies with demand situational factors rather than with firm objectives.
Considering this scenario, two surveys were carried out by the authors covering a representative sample of the industry. These contemplated the firm’s reply to questions related to management, design and marketing as well as technology production strategies.
The statistical analysis of the survey results concluded in a classification of the industry firms according to their strategies as well as to their financial economic results in defined groups. The study concluded also that firm survival would depend on the firm tendency to adapt flexible and proactive strategies (technology and marketing wise) aligned with their competitive environment.
Key words:
production management, contingent, clusters
346-351
M.A. RAMÍREZ1,2, P.R. BUENO2, J. A. VALERA2, M. A. Márquez1
1Facultad de Minas, Universidad Nacional de Colombia, Cra 80 68-28, Medellín. Colombia
2Instituto de Química, Universidade Estadual Paulista, UNESP, C.P. 355, 14801-970, Araraquara, Brasil.
En este trabajo se estudia el fenómeno de la degradación eléctrica en varistores basados en ZnO y los factores físico-químicos que influyen en ella, así como su efecto sobre la microestructura y propiedades eléctricas. Con la comprensión de los fenómenos de degradación se proponen metolodogías para recuperar varistores después de fallados con pulsos de corriente de larga (2000 µs) y corta duración (8/20 µs). Los análisis mostraron que una de las causas de degradación es la pérdida de especies de oxígeno en el borde de grano, permitiendo implementar un tratamiento térmico posterior en atmósfera enriquecida de oxígeno para recuperar las propiedades del varistor (temperatura de 900°C por dos horas y 15 l/h de flujo de oxígeno, fue la mejor condición). El procedimiento de recuperación propuesto es válido para todos los sistemas varistores con base en óxido metálico, sean comerciales o no y es de gran interés tecnológico, pues torna viable el reciclaje de una gran cantidad de piezas cerámicas que actualmente son descartadas sin ningún uso.
Palabras clave:varistores, tratamientos térmicos, propiedades eléctricas, degradación.
Degradation and recovery of ZnO varistors.
In the present work it was studied the main aspect that influences on degradation and physical-chemical properties at grain-boundary region of metal oxide varistors and its consequences on microstructure and nonohmic electric properties. Based on the comprehension of the degradation aspects it was proposed some methodologies to recover the varistors nonohmic properties after being failed with long (2000 µs) and short current pulses (8/20 µs). Our analysis shown that one of the cause of degradation process is related to the lowering of oxygen species amount at grain-boundary region. Therefore, it is possible to re-promote oxygen enrichment of such regions by specific thermal treatments in rich oxygen atmospheres (the best condition found in the present work was temperatures around 900°C for 2 h at an oxygen flux of 15 l/h). The proposed nonohmic properties recovering procedure appear to be valid for all kind metal oxide varistors studied and is very important from technological point of view.
Key words:
varistors, thermal treatments, electrical properties, degradation.
352-357
R. Bermejo*, A. J. Sánchez-Herencia+, C. Baudín+ y L. Llanes*
* Dpto. de Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica, ETSEIB (UPC),
Avda Diagonal 647, 08028 Barcelona. e-mail: raul.bermejo@upc.edu
+ Instituto de Cerámica y Vidrio (CSIC), C/Kelsen 5, 28049 Madrid
El presente trabajo comprende el diseño y procesamiento por colaje de suspensiones de sistemas multicapa basados en capas gruesas de alúmina y capas finas de alúmina-circona. Durante el enfriamiento desde la temperatura de sinterización se generan tensiones residuales en las capas debido a la expansión asociada a la transformación martensítica de la circona. En esta investigación se estudian los parámetros de procesamiento para la fabricación de estos sistemas laminados y se caracterizan microestructuralmente las capas que lo componen. Como resultado se obtienen multicapas cerámicas con diferente relación de espesores entre capas adyacentes utilizando como método de control las cinéticas de colaje de los correspondientes monolíticos. Adicionalmente, se determinan analíticamente las tensiones residuales generadas en los laminados por medio de las diferencias volumétricas determinadas en ensayos dilatométricos y del módulo elástico de cada capa. Se encuentra que en las capas delgadas se desarrollan elevadas tensiones de compresión mientras que en las gruesas se inducen tensiones residuales de tracción. El efecto de estas tensiones sobre la integridad mecánica del material se discute en términos de las observaciones de fenómenos de fisuración intrínseca: tanto de grietas de borde o “edge cracks” en la superficie libre de las capas delgadas como de fisuras túnel o “tunneling cracks” en las capas gruesas.
Palabras clave:alúmina, circona, multicapa, colaje en molde, tensión residual.
Residual stresses in Al2O3-ZrO2 multilayered ceramics: nature, evaluation and influence on the structural integrity
This work studies the design and processing by slip casting of multilayered systems based on thick alumina and thin alumina-zirconia layers. During cooling from the sintering temperature residual stresses may arise due to expansion associated to the martensitic transformation of the zirconia. In this investigation, the processing parameters involved in the fabrication of theses layered systems are studied and the respective layers microstructurally characterized. As a result, several multilayered ceramics in terms of thickness ratio between adjacent layers are obtained by means of the casting kinetics of the corresponding monoliths. Additionally, the residual stresses generated in the laminates are analytically determined through the difference in shrinkage assessed with dilatometric tests and the elastic modulus corresponding to each layer. It is found that in the thin layers elevated residual compressive stresses are generated whilst in the thick ones tensile residual stresses are induced. The effect of these stresses on the mechanical integrity of the material is discussed in terms of the observations of intrinsic cracking phenomena: both edge cracks at the free surface of the thin layers and tunneling cracks in the thick layers.
Key words:
alumina, zirconia, multilayer, slip casting, residual stress.
358-362
J. J. LARAUDOGOITIA*, A. IBARRONDO**, F. GONZALEZ**, J. L. MUÑOZ*, A. ARTEAGA* y J. CIRIZA*
*SIDENOR I+D S.A., Barrio Ugarte, s/nº 48970 Basauri, Vizcaya, España
**SIDENOR INDUSTRIAL S.L., Barrio Ugarte, s/nº 48970 Basauri, Vizcaya, España
SIDENOR INDUSTRIAL S.L. es una empresa siderúrgica fabricante de productos largos de acero especial, dirigidos en un alto porcentaje al mercado de automoción.
En las instalaciones que SIDENOR posee en Basauri, el proceso de fabricación se desarrolla vía horno eléctrico de arco, metalurgia secundaria (horno cuchara y estación de vacío en tanque) y colada continua, seguido de un proceso de laminación directa sin acondicionado previo.
Para las instalaciones consideradas el empleo de material refractario se concentra fundamentalmente en la acería, con un 97% del refractario total. Considerando el consumo de acería, el 50% corresponde a colada continua, 35% a cucharas y 15% al horno eléctrico de arco y varios.
La idoneidad del refractario se define en SIDENOR desde tres puntos de vista:
- La calidad metalúrgica deseada en los productos fabricados
- El coste global, considerando tanto el precio, el coste de instalación, duración y consumo energético asociado
- Impacto medioambiental de las emisiones durante la fase de precalentamiento.
El análisis de comportamiento del material refractario se realiza en tres áreas:
- Régimen estacionario de trabajo (desgaste, desconchamiento, capacidad aislante, estanqueidad, etc.…)
- Estudio teórico y mediciones desde el punto de vista térmico y medioambiental
- Análisis de fallos no previstos
Palabras clave:Refractarios, Siderurgia, Acero Especial.
Refractory use experience in steelmaking
SIDENOR INDUSTRIAL S.L. is a steelmaking company producing special steel long products, devoted to a high extent for automotive applications.
Production facilities at Sidenor Basauri plant include electric arc furnace, secondary metallurgy station (two ladle furnaces sharing a vacuum tank degasser) and continuous casting process followed by direct rolling.
The refractory consumption at Basauri plant facilities is concentrated in the steelmaking shop with 97% out of total consumption. Regarding the steelmaking shop, refractory consumption has the following distribution: 50% continuous casting, 35% ladle and 15% electric arc furnace and rest of applications.
The refractory material suitability is defined in SIDENOR from three points of view:
- Quality level aimed for final products
- Total cost, taking into account purchase price, installation cost, running cost and energetic consumption associated to its use
- Emissions environmental impact due to drying and preheating of refractory products
The characterisation of the refractory material performance is done in three different levels:
- Steady state working conditions (wearing, spalling, thermal insulation, air tightness…)
- Theoretical study and measurements from thermal and environmental point of view
- Sudden and none predicted failures.
Key words:
Refractory, Steelmaking, Special Steel.
363-366
F. J. Ferrer.
Acerinox, S.A. Apartado 83, Palmones - Los Barrios 11370. Cadiz.
Se describe la influencia del proceso siderúrgico sobre el tipo y rendimiento del material refractario utilizado en la producción de acero inoxidable. Tras describir las distintas unidades implicadas en el proceso metalúrgico se hace especial énfasis en la importancia que ejercen el diseño de las distintas unidades y el tipo y control de la escoria sobre la calidad del tipo de refractario a utilizar.
Palabras clave:Refractario, Acero inoxidable, horno eléctrico, convertidor AOD, escoria.
The role of the refractories in the production of stainless steel
The influence of the steelmaking process on the quality and the performance of refractory materials used on stainless steel production was described. The most important technical and design parameters of the processing units were explained and related with the slag chemical composition and the qualities of the refractories used.
Key words:
Refractory, Stainless steel, electric arc furnace, AOD converter, slag.
4
239-244
J.D. Martín-Martín*1, T. Sanfeliu2, D. Gómez-Gras3, C. DE LA FUENTE4, M. JORDÁN5
1 Department of Earth Sciences, Uppsala University, SE-75236 Uppsala, Sweden
2 Departament de Ciències Experimentals, Universitat Jaume I, 12080 Castelló de la Plana, Spain
3 Departament de Geologia, Universitat Autònoma de Barcelona, 08193 Bellaterra, Spain
4 Departament de Cristal·lografia, Mineralogia i Dipòsits Minerals, Universitat de Barcelona, 08028, Barcelona, Spain
5 Departamento de Agroquímica y Medio Ambiente, Universidad Miguel Hernández, 03202 Elche, Spain
Las lutitas de edad Pérmica que se utilizan como materia prima en la industria azulejera de Castellón se conocen en el sector cerámico como arcilla de Moró. En el presente trabajo se describen las características litológicas y composicionales de estas lutitas con el objetivo de establecer las variaciones en composición a lo largo de la serie estratigráfica tipo. Los resultados muestran una composición mineralógica de la roca total muy uniforme, formada esencialmente por cuarzo, filosilicatos y hematites. Ocasionalmente y en proporciones por debajo del 5% aparece también feldespato potásito, dolomita y calcita. La asociación de minerales de la arcilla está formada por illita ± caolinita ± clorita ± interestratificado illita-esmectita ± interestratificado clorita-esmectita y muestra un patrón de distribución sedimentario. Los resultados obtenidos ponen de manifiesto la importancia del análisis mineralógico en la caracterización de las materias primas y, por tanto, en el control de sus propiedades cerámicas y de los procesos productivos relacionados.
Palabras clave:arcilla, mineralogía, materia prima, industria cerámica, Permo-Triásico
Lithology and mineralogy of the Permo-Triassic raw materials used in the tile industry of Castellón (Spain): the Moró clay.
The aim of this work is to establish the mineralogical (XRD) composition of the Permo-Triassic claystone known as Moró clay. Particular emphasis is placed on the compositional variations along the litostratigraphic section. Bulk rock XRD analysis shows a homogeneous composition dominated by quartz, phyllosilicates and hematite. Minor components (<5%) include potassium feldspar, dolomite and calcite. The clay minerals assemblage is formed by illite ± kaolin ± chlorite ± mixed-layer illite-smectite ± mixed-layer chlorite-smectite and reveals a sedimentary distribution pattern. The study of the lithological section allows the identification and valuation of changes in the mineralogical characteristics of the raw material. Results provide evidence for the importance of mineralogical analysis in the control of raw materials and hence their use in industrial processes.
Key words:
clay, raw material, mineralogy, tile industry, Permo-Triassic
245-254
M. GARCÍA-heras1-2, J. Reyes Trujeque3, R. Ruiz GuzmáN 4, M.A. Avilés Escaño5,
A. Ruiz Conde5 y P.J. Sánchez Soto5
1 Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas, CENIM-CSIC. Avda. Gregorio del Amo, 8. 28040 Madrid.
2 Instituto de Historia, IH-CSIC. Serrano, 13. 28001 Madrid.
3 Universidad Autónoma de Campeche. Programa de Corrosión del Golfo de México. Avda. Agustín Melgar, s/n. 24013 Campeche, México.
4 Universidad Autónoma de Campeche. Centro de Investigaciones Históricas y Sociales. Avda. Agustín Melgar, s/n. 24013 Campeche, México.
5 Instituto de Ciencia de Materiales, Centro Mixto CSIC-Universidad de Sevilla. Americo Vespucio, 49. 41092 Isla de la Cartuja, Sevilla.
En este trabajo se presentan y discuten los resultados de la caracterización arqueométrica realizada sobre un conjunto representativo de figurillas cerámicas del Clásico Tardío procedentes de las excavaciones arqueológicas efectuadas en la ciudad maya de Calakmul (Campeche, México). Los objetivos principales han sido recabar información sobre la tecnología de manufactura de estas cerámicas y evaluar su posible procedencia. La caracterización arqueométrica se ha llevado a cabo mediante las siguientes técnicas complementarias: microscopía óptica convencional (MO), difracción de rayos X (DRX) de polvo, espectroscopía infrarroja por Transformada de Fourier (FT-IR) y fluorescencia de rayos X (FRX). Con el fin de aislar grupos cerámicos con un perfil químico similar, los datos obtenidos con FRX se han analizado también con técnicas exploratorias de análisis estadístico multivariante. Los resultados indican que la mayoría de las figurillas se manufacturaron localmente con una materia prima arcillosa rica en carbonato de calcio (calcita). También se ha identificado un pequeño grupo de cerámicas rico en carbonatos mixtos de calcio y magnesio (dolomita), que podría ser foráneo o procedente de otra zona de la región de Calakmul. Estos datos sugieren que la producción de figurillas cerámicas pudo estar asociada a talleres ligados al monopolio sobre la producción cerámica que el poder centralizado de la ciudad de Calakmul ejerció en este período.
Palabras clave:Cerámica maya; Figurillas; Clásico Tardío; Calakmul; Arqueometría.
Archaeometric study of Mayan ceramic figurines from Calakmul (Campeche, México).
The results derived from an archaeometric characterization study undertaken on a representative ensemble of Late Classic ceramic figurines coming from the archaeological field work carried out in the Mayan town of Calakmul (Campeche, México) are reported and discussed in this paper. The main goals of the research were to gather some information on the technology of manufacture of these ceramics and provide some insights into their probable provenance. The archaeometric characterization was accomplished through the following complementary techniques: conventional optical microscopy (OM), X-ray powder diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and X-ray fluorescence (XRF). In order to isolate ceramic groups with a similar chemical profile, XRF data were also analyzed by exploratory multivariate statistical techniques. The resulting data indicate that most of the figurines were locally manufactured from a calcium carbonate (calcite)-rich clay raw material. A small ceramic group containing mixed calcium and magnesium carbonates (dolomite), which could be foreign or from other area of the Calakmul region, was also identified. These data suggest that the production of ceramic figurines could be associated to workshops linked to the monopoly on ceramic production performed by the centralized power of the town of Calakmul during this period.
Key words:
Mayan ceramics; Figurines; Late Classic; Calakmul; Archaeometry.
255-258
J.A. García, A. Martínez, B. Lerga, M. Rico, G. G. Fuentes, M. Zazpe y R.J. Rodríguez
Centro de Ingeniería se Superficies-AIN- Cordovilla 31191 Navarra
En los últimos años se ha venido estudiado la aplicabilidad de las técnicas de depósitos mediante métodos físicos en fase vapor (PVD), para la realización de recubrimientos sobre cerámicas y otros substratos con fines decorativos. Los recubrimientos estándar por PVD como el TiN, CrN, TiCN, etc, ofrecen la posibilidad de conseguir acabados de apariencia metálica, de una amplia gama de colores, y con buenas propiedades mecánicas y químicas, como resistencia a la abrasión, estabilidad térmica, o resistencia a la corrosión.
En este trabajo se recogen las experiencias realizadas en el recubrimiento y caracterización de cerámicas decorativas, durante los tres últimos años, en el Centro de Ingeniería de Superficies de la Asociación de la Industria Navarra. Los distintos tipos de recubrimientos se han realizado mediante un equipo de PVD modelo METAPLAS 232, con seis evaporadores de arco eléctrico y sistema de limpieza iónica patentado AEGD. Los recubrimientos han sido caracterizados, tanto química como mecánicamente, empleando las más modernas técnicas tribológicas (ultramicrodureza, scrascth tests, resistencia al desgaste...) y espectroscópicas óptica por descarga luminiscente (GDOES).
Los resultados obtenidos muestran que las técnicas de PVD son una interesante vía para la obtención de recubrimientos decorativos, de excelente resistencia tanto mecánica como química, y que los métodos de caracterización empleados son adecuados para el control de calidad industrial.
Palabras clave:PVD, cerámicas decorativas, tribología, GDOES
Decorative Coatings by PVD on ceramics.
During the last years PVD coatings has been used for decorative purposes on ceramics and other substrates. Standards layers like TiN, CrN, TiCN, etc, give us the possibly of obtaining a wide range of colours, with a good mechanical, chemical properties.
This paper gathers the works carried out in the Center of Advance Surface engineering of AIN during the three last years in the field of the decorative coatings. Different layer have been deposited by means of a METAPLAS 232 PVD equipment. A complete chemical and mechanical characterisation have been carried out on the different deposited layers like ultramicroindentation, scratch tests, wear resistance and GDOES.
Key words:
PVD, Decorative coatings, Tribology, GDOES
259-264
M. Marrero, A. Ramírez de Arellano, y R. Lucas Ruiz
Departamento de Construcciones Arquitectónicas II, Universidad de Sevilla, Sevilla, Spain
Los azulejos son ampliamente utilizados como revestimiento de fachadas en las edificaciones ya que poseen cualidades importantes como pueden ser su reducida necesidad de mantenimiento periódico y su alta resistencia a condiciones ambientales agresivas, pero también presentan diversas limitaciones. La patología más común y que más problemas genera en una fachada de azulejos es la rotura del vidriado. En muchos casos el problema tiene su origen en las fuertes variaciones de la temperatura exterior a las que se ven sometidas las fachadas.
En el presente trabajo se estudian las tensiones en los elementos más exteriores de una fachada, revestida con piezas cerámicas vidriadas sometidas a una dilatación térmica, mediante un modelo de elementos finitos que permite calcular y representar la distribución de tensiones que se generan, a la vez que se identifican las zonas que alcanzan los niveles de esfuerzo más altos. Se han modelado dos geometrías encontradas en la cerámica moderna y tradicional para comprobar como estas últimas abordan el problema de concentración de tensiones mediante soluciones sencillas que pueden ser fácilmente reproducibles en la actualidad.
Palabras clave:Azulejos, fachadas, revestimientos, dilatación térmica, elementos finitos
Tile facades thermal stress analysis
Tiles have been widely used in building facades due to important qualities such as little maintenance needed and high performance under aggressive environmental conditions, but tiles also present some limitations. One among them is that tile glaze brakes after collocation, usually due to the high temperature range facades undergo.
The present work studies the stresses that take place in a tile facade when is submitted to high temperature variation. Special emphasis in the analysis is taken on the outer system elements. The problem is represented by means of a numerical solution using the Finite Element Analysis. Two different geometrical shapes commonly found have been modeled, a square tile with straight border and square tiles with a beveled edge.
Key words:
Tiles, facades, tiling, thermal expansion, finite elements
265-270
J. Franco1, A. Souto1, P. Rey1, F. Guitián1, A. Martínez Ínsua2.
1Instituto de Cerámica de Galicia. Avda. Mestre Mateo s/n. 15706 Santiago de Compostela.
2Facultad de Medicina y Odontología- Universidad de Santiago de Compostela. Entrerríos s/n. 15782 Santiago de Compostela.
El trabajo describe la puesta a punto de un método de obtención de grandes cantidades de fosfato tricálcico (β-TCP), por precipitación a partir de disoluciones de sales de calcio y de fosfatos. Para ello se estudia la influencia de los parámetros de operación tales como concentración de reactivos, velocidad de adición, pH de precipitación y tiempo de envejecimiento del precipitado. El procedimiento, que es escalable a nivel industrial, permite obtener β-TCP de elevada pureza, que cumple ASTM F1088-87. Con el material obtenido se procesan barras implantables por prensado, colado, gel-casting e inyección, que se caracterizan detalladamente, y posteriormente se implantan en la tibia de perros Beagle. El estudio histológico en lámina delgada de los implantes, tras períodos de implantación de 2, 7 y 14 meses, permite evaluar la excelente biocompatibilidad del material y su carácter reabsorbible.
Palabras clave:beta-TCP, síntesis, moldeo por gelificación, moldeo por inyección.
Ceramic processing of beta-TCP for producing implantable shapes.
This work describes a method for obtaining large-scale productions of β-TCP by mass-precipitation from calcium and phosphate solutions. The setting of the synthesis conditions was made by studying operational parameters like the concentrations of the reagents, the speed of the mixing of the reagents, pH of precipitation and ageing of the precipitate. This synthesis procedure allows obtaining high purity β-TCP under ASTM F1088-87. Starting from synthesized β-TCP were made rods for implantation by die pressing, slip casting, gel casting and low pressure injection moulding. These rods were well characterized and implanted in Beagle dogs. Thin film histological results for 2, 7, and 14 months of implantation period, shown a good biocompatibility for the material and its resorbable behaviour.
Key words:
beta-TCP, synthesis, gelcasting, LPIM.
271-277
J.C. RENDÓN-ANGELES1,*, L.P. RIVAS-VÁZQUEZ1, M. I. PECH-CANUL1, J. LÓPEZ-CUEVAS1,2, S. DÍAZ DE LA TORRE3, P. PENA4 AND K. YANAGISAWA5
1Research Institute for Advanced Studies of the NPI, Ramos Arizpe 25900, Coahuila, México
2Research Center for Applied Chemistry, CIQA, Saltillo 25253, Coah., México
3Research Institute for Technology Innovation, CIITEC-IPN, Azcapotzalco 02250, México.
4Institute for Ceramic and Glass, CSIC., Kelsen nº 5, Cantoblanco 28049 Madrid Spain.
5Research Laboratory of Hydrothermal Chemistry, Kochi University, Kochi 780‑8520, Japan
*Author whom correspondence should be addressed.
Partículas ultrafinas de cromita de lantano, con una composición de La0.9Ca0.1CrO3 y La0.8Ca0.2CrO3, se obtuvieron después de 1 hora de síntesis hidrotermal a las temperaturas de 400 y 425°C respectivamente. Los compuestos obtenidos, con un tamaño de partícula de ~ 200 nm, se caracterizaron utilizando las técnicas de DRX, MEB y MET. La sinterización de estos polvos se efectuó en un equipo de chispa de plasma en el rango de temperatura de 1300-1500°C durante 1 min, y a una presión de compactación de 45 MPa. Ambos polvos también se sinterizaron siguiendo un tratamiento térmico convencional, en aire, con el propósito de comparar ambos métodos de sinterización. Las muestras de cromita de lantano sinterizadas por plasma presentaban una densidad relativa del 98 % (ρ/ρt); y una microestructura monofásica con granos equaxiales con un tamaño medio de grano menor de 2.3 µm. En contraste, la composición La0.8Ca0.2CrO3, sinterizada a 1400°C/300 min, por métodos convencionales alcanzó una densidad relativa máxima del 97 % y su microestructura estaba formada por una sola fase con un tamaño medio de grano de 6 µm.
Palabras clave:Cromita de Lantano; Sinterización, Solución Sólida, Síntesis Hidrotermal, Interconector, Perovskitas.
Spark plasma sintering of hydrothermally derived ultrafine Ca doped lanthanum chromite powders
Lanthanum chromite nano-particles, with a composition of La0.9Ca0.1CrO3 and La0.8Ca0.2CrO3, were produced by 1 h of hydrothermal reaction at 400 and 425°C respectively. The sintering of the powders was conducted using a spark plasma apparatus over the temperature range 1300-1550ºC for 1 min with a constant loading pressure of 45 MPa. Additional sintering experiments using conventional firing were carried out for comparison. Fully densified (98 % r.d.) lanthanum chromite pellets with fine equiaxial grains 2.3 µm in size were obtained using the SPS (spark plasma sintering) method. In contrast, a maximum relative density of 97 % was produced using La0.8Ca0.2CrO3 sintered conventionally at 1400ºC for 300 min, and the average grain size of the resulting sintered sample was 6 µm.
Key words:
Spark plasma sintering of hydrothermally derived ultrafine Ca doped lanthanum chromite powders
278-282
B. MARÍ1; J. CEMBRERO2; M. MOLLAR1; M. PASCUAL2; M. PERALES2
1Departamento de Física Aplicada. Universidad Politécnica de Valencia. Camino de Vera s/n, 46022 Valencia, España.
2Departamento de Ingeniería Mecánica y de Materiales. Universidad Politécnica de Valencia. Camino de Vera s/n, 46022 Valencia, España.
En el presente trabajo se analiza el proceso de crecimiento mediante electrodeposición, de columnas de ZnO sobre un sustrato de vidrio recubierto de óxido de estaño y fluor (FTO). Hemos determinado una ley de crecimiento de las columnas, de tipo exponencial, que relaciona la altura de éstas con el tiempo de exposición. Se observa que para tiempos de exposición inferiores a 103 s, manteniendo constante la temperatura (65±2 ºC) y la densidad de corriente (i = 2,5 mA/ cm2), las columnas crecen de acuerdo a una ley de tipo exponencial; para tiempos de exposición superiores a 103 no se cumple necesariamente esta ley. Se analizan los espectros de fotoluminiscencia de las muestras a la temperatura ambiente (300 K) y a baja temperatura (19K). Se observa, también, que los distintos espectros de fotoluminiscencia están relacionados con el crecimiento y ramificado de las columnas.
Palabras clave:Electrodeposición, fotoluminiscencia, SEM, AFM.
ZnO columns obtaining. Variables to control (and II)
The growth process via electrodeposition technique, of zinc oxide (ZnO) columns, on a glass substrate coated with conductor tin oxide and fluorine (FTO), is analysed. An exponential law of columns growth is determined to relate the columns height with exposition time in electrolytic mean. The columns growing is governed by an exponential law for electrolytic exposition times under 103 s, with constant temperature (65±2 ºC) and current density (i = 2,5 mA/ cm2); for exposition times larger than103 seconds this law is not necessary fulfilled. The specimen photoluminescence spectra at room temperature (300 K) and at low temperature (19 K) are analysed too. We also notice the photoluminescence spectra are related to the columns growing and branching.
Key words:
Electrodeposition, photoluminescence, SEM, AFM.
283-288
E. J. Andrade Campo1, H. Aristizabal2, J. E. Rodríguez-Páez1
1Grupo CYTEMAC-Universidad del Cauca
Calle 5 No 4-70 Popayán Cauca / Colombia.
Tel 820-98-00-ext, 24 10
2 ICOBANDAS S. A. Cauca Alto-Popayán/Colombia.
El óxido de cinc, ZnO, es un compuesto de gran interés industrial. Se utiliza como activador en el proceso de vulcanización de los cauchos, en la industria de los pigmentos y dadas sus propiedades eléctricas, como supresor de sobre tensiones y material piezoeléctrico. Estas aplicaciones requieren que las partículas de ZnO presenten determinadas características: pureza química, tamaño, distribución de tamaño y morfología de las partículas. En este trabajo se realizó el estudio de la síntesis de ZnO por el método de precipitación controlada (MPC) para obtener partículas con morfología acicular. Los ensayos de valoración potenciométrica y conductimétrica permitieron determinar las diferentes etapas que ocurren durante la adición del agente precipitante (NH4OH) a las disoluciones acuosas de cinc y por lo tanto, permiten garantizar la reproducibilidad del método. Los compuestos obtenidos se caracterizaron utilizando espectroscopia infrarroja (FTIR), difracción de rayos X (DRX), análisis térmico (TG) y microscopia electrónica de transmisión (MET). Después de sintetizado el material, el ZnO acicular se utilizó en el proceso de vulcanización de caucho polibutadieno y se determinó su efecto sobre las propiedades de los elastómeros. Los ensayos que se utilizaron para tal fin fueron: resistencia a la tracción y al desgarro, abrasión, elongación y módulo al 100%.
Palabras clave:oxido de cinc; método de coprecipitación; vulcanización; reforzante.
Synthesis of needles ZnO by the controlled precipitation method and its usage as a reinforcing agent for elastometer
The zinc oxide, ZnO, is a compound of high technological interest. It is used as a catalyst in the vulcanizing process, as a pigment and due to its electrical properties as a suppressor of electrical overload and piezoelectric material. These applications require that the ZnO present high chemical purity and determinate morphology and size of particles. In this work we studied the ZnO synthesis using the controlled precipitation method to obtain needles shape particles. The potentiometer and conductimetic titration indicated the different stages that take place during the NH4OH addition to Zinc solution. Besides, these curves allow to conform the reproducilety of this method. The obtained ceramic powder was characterized by infrared spectroscopy, X ray diffraction (XRD), thermal analysis (TG/DTA) and transmission electron microscopy (TEM). The synthesized ZnO was used the mixture and the mechanical properties of elastomeric ribbon were determinated.
Key words:
Zinc oxide; co-precipitation method; elastomer vulcanization and reinforcement.
289-299
L. sánchez-muñoz, J. García Guinea*, V. Correcher, J. Sanz**
CIEMAT, Avda. Complutense 22, 28040 Madrid.
*Museo Nacional de Ciencias Naturales (CSIC), José Gutiérrez Abascal 2, 28006 Madrid.
**Instituto Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC), Campus Cantoblanco, 28049 Madrid.
Se han muestreado y estudiado ochenta y seis microclinas con textura pertítica procedentes de siete pegmatitas graníticas por difracción de rayos-X (DRX), fluorescencia de rayos-X (FRX) y microscopía óptica de luz transmitida (MLT). La tendencia hacia la bimodalidad estructural y la coexistencia de multitud de estados estructurales se describe considerando las microclinas pegmatíticas no como pseudomorfos heterogéneos sino como cristales complejos. Según ésta descripción, los estados estructurales no están distribuidos al azar sino que están organizados según patrones estructurales en torno a las interfases con el feldespato sódico en venas macropertíticas. La tendencia a la bimodalidad en el estado estructural permite distinguir entre microclinas desordenadas y ordenadas, cuyo origen se puede correlacionar con una dualidad en su evolución al estado sólido según un régimen genético estático y otro dinámico durante el enfriamiento. El régimen estático produce un re-equilibrado limitado porque la recristalización de regiones con mayor orden Si/Al es superficial. El ordenamiento Si/Al está localizado en las proximidades de las superficies con circulación acanalada de fluidos acuosos catalizadores de las transformaciones estructurales. El régimen dinámico es adaptativo y el re-equilibrado es extenso operando por recristalización global. Este comportamiento se explica por el flujo volumétrico de las moléculas de agua catalizadoras del re-equilibrado. La penetración parcial del agua a través de la estructura produce un régimen transicional entre los dos anteriores.
Palabras clave:TiN, AlN, sputtering reactivo, recubrimientos protectores, resistencia térmica
Static and dynamic regimes in the structural evolution of perthitic microclines.
Eighty six microclines with perthitic texture from seven granitic pegmatites have been collected and studied by X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence (XRF) and optical microscopy (OM). The statistical distribution of the structural state of the microclines shows a tendency to bimodality and also the coexistence of different triclinicities. Pegmatitic microclines are better described when considered as complex crystals and not as heterogeneous pseudomorphic assemblages after sanidine transformation, because the structural state is organized following structural patterns around the interfase with Na-feldspar veins in macroperthitic texture. This tendency to bimodality allows to distinguish among disordered and ordered microclines linked with static and dynamic genetic regimes of solid state evolution on cooling. The static regime produces limited re-equilibration since a surface re-crystallization process of regions with high local Si/Al order occurs along boundaries. The ordering is located next to circulation surfaces because the catalyst aqueous fluids have mainly a channeled motion. The dynamic regime is adaptative and important volumes are re-equilibrated by bulk re-crystallization give rise to an ordered microcline. This behavior can be explained considering that a volumetric flow of catalyst water molecules promote global Si/Al ordering. A transitional regime can be distinguished by partial penetration of water through the structures.
Key words:
raw materials, microclines, pegmatites, estructural evolution, complex crystals.
300-304
M.J. Ribeiro1, J.C. Abrantes1, J.A Labrincha2
1ESTG, Polytechnique Institute of Viana do Castelo, 4900 Viana do Castelo, Portugal
2Ceramics and Glass Engineering Department, CICECO, University of Aveiro, 3810 –193 Aveiro, Portugal
Los materiales cerámicos basados en alúmina, conteniendo barros ricos en Al como componente mayoritario fueron procesados por extrusión. Los barros empleados provienen de tratamientos de lavado de residuos de un proceso industrial de anodizado de aluminio. Se produjeron varillas empleando un extrusor de tornillo en vacío con control de todos los parámetros relevantes del proceso. A partir de varillas seleccionadas, se obtuvieron por corte en seco discos cerámicos para evaluar la dependencia de la sinterización y las propiedades eléctricas. El proceso de sinterización se siguió mediante ensayos dilatométricos y análisis térmicos, junto con la evolución de la conductividad eléctrica mediante espectroscopia de impedancia. Los resultados mostraron la evolución de la sinterización y la dependencia morfológica hasta 1300ºC, que afecta fuertemente a la respuesta eléctrica y como consecuencia la espectroscopia de impedancia parece ser una técnica útil en el seguimiento de los procesos de cocción.
Palabras clave:Materiales basados en residuos de alúmina, espectroscopia de impedancia, sinterización, desarrollo microestructural.
Impedance spectroscopy evolution upon sintering of Al-rich anodising sludge-based extruded bodies
Alumina based ceramic materials, containing Al-rich sludge as the major component, were processed by extrusion. The sludge derived from the wastewater treatment of aluminium anodising industrial process. Long rods were produced using a vacuum screw extruder, by a careful control of all relevant processing parameters. Then, thick discs were obtained by cutting dried selected rods, to be tested as probes for sintering-dependent electrical properties.
The sintering process was followed by performing common dilatometric/thermal analyses but the evolution of electrical conductivity, estimated by impedance spectroscopy (IS), was also used for this purpose.
Results show that sintering-dependent morphological evolution up to 1300ºC strongly affects the electrical behaviour of samples, and as a consequence IS seems to be a useful technique to follow the firing process.
Key words:
alumina waste-based materials; impedance spectroscopy; sintering; microstructural development
3
115-121
L.S.M. TRAQUEIA, F.M.B. MARQUES, V.V. KHARTON
Ceramics and Glass Engineering Department, CICECO
University of Aveiro, 3810-193 Aveiro, Portugal
Los conductores iónicos de oxígeno con estructuras más simétricas como fluorita y perovsquita dependen de la movilidad de las vacantes de oxígeno. Se han desarrollado recientemente electrolitos con elevadas prestaciones, los llamados de estructura tipo apatito, que muestran transporte intersticial dominante. Con el objeto de establecer las relaciones básicas entre composición y conductividad en una estructura cúbica tipo-C derivada de la fluorita con alta tolerancia a diferentes defectos de oxígeno, se han estudiado materiales basados en Y2O3 por espectroscopía de impedancia en el rango de temperaturas entre 700 y 1000ºC. La ytria dopada con CaO exhibe una conductividad iónica razonablemente alta vía mecanismo de vacantes.
Las muestras dopadas con ZrO2 y HfO2 poseen oxígenos intersticiales como defectos dominantes pero presentan una conductividad iónica poble comparada con los materiales dopados con CaO. Estas tendencias, conocidas para otras fases relacionadas con la estructura fluorita como los pirocloros, son opuestas a las que se observan en estructura de tipo apatito y K2NiF4.
La comparación de los niveles de conduccion iónica entre varios materiales oxídicos apunta a la existencia de un mecanismo rápido de migración intersticial. Este mecanismo cabría expresarse en materiales multicomponente complejos en los que el transporte iónico tiene lugar en partes de la red con elevada ionicidad del enlace. Más aún, los parámetros estereológicos que afectan a la conducción, en gran medida dependen de la relajación de las partes covalentes.
Palabras clave:conductores iónicos de oxígeno, movilidad de defectos, estructura cúbica tipo-C, ytria, apatito.
Oxygen Ion Conduction in Oxide Materials: Selected Examples and Basic Mechanisms
Oxygen ion conductors with most symmetrical structures such as fluorite- and perovskite-related phases, rely on the mobility of oxygen vacancies. High-performance electrolytes, namely with the apatite type structure, recently developed, show dominant interstitial transport. In order to assess basic composition-conductivity relationships in a fluorite-derived C-type cubic structure with high tolerance to different types of oxygen defects, a series of Y2O3-based materials were studied by impedance spectroscopy in air in the range 700-1000oC. Yttria doped with CaO exhibits reasonably high ionic conduction via the vacancy mechanism. Samples doped with ZrO2 and HfO2 possess oxygen interstitials as dominant defects, but show poor ionic conductivity when compared to Ca-doped materials. These tendencies, known for other fluorite-related phases such as pyrochlores, are opposite to those observed for apatite- and K2NiF4-type structures. Comparison of ionic conductivity levels in various oxide materials suggests that fast interstitial migration may be expected for complex multicomponent materials where the ion transport occurs in lattice fragments with high bond ionicity. Furthermore, conduction-affecting stereological parameters, to a great extent, depend on the relaxation of covalent fragments.
Key words:
oxygen ion conductors, defect mobility, C-type cubic structure, yttria, apatite.
122-125
A. MAIGNAN*, D. PELLOQUIN, S. HEBERT, Y. KLEIN AND M. HERVIEU
Laboratoire CRISMAT, UMR 6508 CNRS ENSICAEN
6 bd Maréchal Juin 14050 CAEN Cedex 4 - France
Las cerámicas basadas en cobaltitas forman una extensa familia de óxidos que presentan valores elevados del coeficiente seebeck (S300k ≥ 90 µV.K-1). Se pueden dividir en dos grupos dependiendo del número de capas con estructura de cloruro sódico (rocksalt - RS), n=3 ó n=4, que separan las capas conductoras de [CoO2] . Comparando sus caractetísticas estructurales, se ha encontrado que los valores de S están gobernados por la relación de inconmensurabilidad y la carga del bloque con estructura RS. Esto se evidencia claramente realizando sustituciones químicas en los bloques RS: Isobalentes con cationes de diferente radio (rBa2+ > rSr2+ > rCa2+) que modifican la relación de inconmensurabilidad o sustituciones aliovalentes de cobalto (Pb4+, Ti4+) que provocan cambios en la carga del bloque RS pero no en la inconmensurabilidad.
Palabras clave:potencia termoelectrica, sustituciones químicas.
thermoelectric power, cobaltites, chemical substituons.
The ceramics of misfit cobaltites form a large family of layer oxides which exhibit large values of Seebeck coefficient (S300K ≥ 90µV.K-1). They can be divided in two categories depending on the number of the rocksalt-type (RS) layers, n = 3 or n = 4, separating the [CoO2] conducting layers. From the comparison of their structural features, it is found that the S values are governed by the incommensurability ratio and/or the charge of the RS block. This is clearly evidenced by making chemical substitutions at the level of the RS block: isovalent but with cations of different ionic radius (rBa2+ > rSr2+ > rCa2+) modifying the incommensurability ratio or aliovalent substitutions for cobalt (Pb4+, Ti4+) which keep unchanged the structural incommensurability but make the RS charge changing.
Key words:
thermoelectric power, cobaltites, chemical substituons.
126-131
M. L. CALZADA, J. RICOTE, R. JIMÉNEZ, I. BRETOS, P. RAMOS*, J. MENDIOLA, M. ALGUERÓ AND L. PARDO
Inst. Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC). Cantoblanco. 28049 – Madrid. Spain.
* Dep. de Electrónica. Universidad de Alcalá. Alcalá de Henares, 28871 – Madrid. Spain
Este artículo revisa el trabajo realizado por los autores durante los últimos años sobre lámina delgada y ultra-delgada ferroeléctrica preparada mediante el depósito químico de disoluciones (CSD) sobre substratos de silicio. Las películas ferroeléctricas integradas con silicio tienen potenciales usos en los nuevos dispositivos micro/nanoelectrónicos. Dos aspectos claves son aquí considerados: 1) el uso de bajas temperaturas de procesado de la lámina ferroeléctrica, con el fin de no dañar los diferentes elementos que forman la heteroestructura del dispositivo y 2) la disminución de tamaño del material ferroeléctrico con el fin de conseguir las altas densidades de integración requeridas en la próxima generación de dispositivos nanoelectróncos. Los procesos térmicos rápidos asistidos con irradiación UV se están usando en nuestro laboratorio para conseguir la fabricación del material ferroeléctrico a temperaturas bajas compatibles con la tecnología del silicio. Se muestran resultados preliminares sobre estructuras ferroeléctricas nanométricas preparadas por CSD.
Palabras clave:Depósito químico de disoluciones (CSD), ferroelectricidad, lámina delgada, lámina ultra-delgada, estructuras nanométricas.
Ferroeléctricos sobre silicio preparados por métodos de depósito químico de disoluciones: de la lámina delgada a los sistemas auto-ensamblados.
The work of the authors during the last years on ferroelectric thin and ultra-thin films deposited by Chemical Solution Deposition (CSD) onto silicon based substrates is reviewed in this paper. Ferroelectric layers integrated with silicon substrates have potential use in the new micro/nanoelectronic devices. Two hot issues are here considered: 1) the use of low processing temperatures of the ferroelectric film, with the objective of not producing any damage on the different elements of the device heterostructure, and 2) the downscaling of the ferroelectric material with the aim of achieving the high densities of integration required in the next generation of nanoelectronic devices. The UV-assisted Rapid Thermal Processing has successfully been used in our laboratory for the fabrication of ferroelectric films at low temperatures. Preliminary results on the CSD preparation of nanosized ferroelectric structures are shown.
Key words:
Chemical Solution Deposition (CSD), ferroelectricity, thin film, ultrathin film, nano-sized structures.
132-138
J.L. Pons, E. Rocon
Grupo de Bioingeniería, Instituto de Automática Industrial, CSIC. Ctra. Campo Real, km. 0,200
28500 Arganda del Rey, Madrid
La miniaturización de los dispositivos actuadores no es una tendenca lógica de su naturaleza de operación. Al contrario que los actuadores, los sensores si presentan esta tendencia a la miniaturización fundamentada en la naturaleza de su operación: dado que en el proceso de medida el intercambio energético debe ser mínimo para no afectar el proceso de medida, cuanto menor sea el sensor menor será también su efecto sobre la medición. En el caso de los actuadores el objetivo es el opuesto, se pretende imponer el estado mecánico de un sistema y que este estado no sea perturbado por agentes externos de forma que los requisitos sobre la potencia del actuador son estrictos. En vista de la tendencia actual a la miniaturización de las aplicaciones, conviene preguntarse como se ven afectadas las características de operación de los actuadores cuando son miniaturizados. El análisis presentado en este trabajo se centra en determinar como evolucionan las características principales de los actuadores (frecuencia de resonancia, densidad de fuerza, tiempo de respuesta, máximo desplazamiento y densidad de energía por ciclo) al ser miniaturizados. El análisis se restringe a actuadores piezoelectricos no resonantes, en concreto multicapa, multimorfos y cíclicos, pero se ponen en contexto con otros actuadores piezoeléctricos, con otras tecnologías emergentes y con tecnologías tradicionales.
Palabras clave: leyes de escalado, actuadores multicapa, actuadores cíclicos, actuadores multimorfos.
Scaling of piezoelectric actuators: a comparison with traditional and other new technologies
Miniaturization is not a logical trend in actuator systems. Unlike actuators, sensors intrinsically perform more efficiently upon miniaturization. This is a logical consequence of the exchange of energy in the transduction process when applying sensors: measurement ideally should not influence the system being measured, thus the minimum exchange of energy is necessary and this intrinsically leads to miniaturization. In actuators, a transduction process is likewise established but the aim is to impose a mechanical state on a system. It is of particular interest not having this state influenced by perturbations, thus there are strong requirements on power delivered by the actuator. In view of current trends towards miniaturization, it is worth inquiring how the performance of piezoelectric actuators is affected by reducing their size. We are not concerned here with the domain of micro-actuators, i.e. actuators with sizes in the micrometer range. The analysis in this paper focuses on studying how four useful parameters for describing the performance of actuators are influenced by miniaturization: resonance frequency, force density, response time (bandwidth), stroke and energy density per cycle. In so doing, the analysis is restricted to non resonant piezoelectric actuators, i.e. stack, multimorph and inchworm actuators, but reference to other piezoelectric, emerging and traditional actuators is included for comparison.
Key words:
scaling laws, piezoelectric stack actuators, inchworm actuators, multimorph actuators
139-143
C. FRONTERA1, A. CANEIRO2, A.E. CARRILLO1, J. ORÓ-SOLÉ1, J.L. GARCÍA-MUÑOZ1
1Institut de Ciència de Materials de Barcelona, CSIC
Campus universitario de Bellaterra, E-08.193, Cerdanyola, España.
2Centro Atómico de Barloche, 8400 San Carlos de Bariloche, Argentina.
Mediante medidas de análisis termogravimétrico hemos estudiado la dependencia en la temperatura del contenido de oxígeno (δ) en cobaltitas PrBaCo2O5+δ bajo diferentes atmósferas y diferentes presiones parciales de oxígeno. Por otra parte, hemos caracterizado la cinética de los cambios de δ a diferentes temperaturas. Los estudios en equilibrio nos han permitido preparar muestras con valores deseados de δ. Esto es crucial poder estudiar convenientemente esta familia de óxidos de cobalto con estructura “112” laminar. Los estudios de la cinética revelan que la difusión de oxígeno en el interior de las muestras, así como la reactividad en la superficie, empieza a temperaturas relativamente bajas (200oC).
Palabras clave:Óxidos de cobalto, análisis por termogravimetría, determinación del contenido de oxígeno, difusión de oxígeno.
Oxygen equilibrium and kinetics in PrBaCo2O5+δ
By means of in-situ thermo-gravimetry analysis (TGA) we have studied the dependence on temperature of the equilibrium oxygen content (δ) in PrBaCo2O5+δ cobaltite under different atmospheres or oxygen partial pressure. We have also characterized the kinetics of δ changes at different temperatures. The equilibrium studies have permitted us to prepare samples with the desired values of δ, a crucial step to correctly characterize the interesting family of layered “112” cobalt oxides. Kinetic studies reveal that oxygen diffusion and surface reactivity starts at low temperatures (200oC) in these compounds.
Key words:
Cobalt oxides, termogravimetry análisis, oxygen content determination, oxygen diffusion.
144-149
E. Gomesa,b, F.M. Figueiredoa,c, F.M.B. Marquesa
a Dep. of Ceramics and Glass Eng., CICECO, University of Aveiro, P3810-193 Aveiro.
b ESTG, Instituto Politécnico de Viana do Castelo, P4900-348 Viana do Castelo.
c Sci. and Tech. Dep., Universidade Aberta, R. Escola Politécnica 147, P1269-001 Lisbon.
Las propiedades elécticas de un electrolito sólido de galato de lantano se han modificado mediante un dopado eléctrico de Fe en borde de grano. Esto se consiguió preparando una estructura de sandwich con una plantilla densa de La0.95Sr0.05Ga0.90Mg0.10O3-δ (LSGM) entre las muestras de LaFeO3. Un tratamiento de varias horas a 1550ºC en aire favoreció la difusión de Fe a lo largo de los bordes de grano. Los análisis mediante microscopia electrónica de barrido y espectroscopía de energía dispersada muestran que el hierro se localiza en borde de grano mientras que se preserva la composición de LSGM en el interior de grano. En las muestras dopadas con hierro se observa un aumento de la conductividad total siendo el efecto más notable en el borde del grano. La conductividad total del material que contiene hierro presentó un ligero descenso al reducirse la presión parcial de oxígeno, lo que sugiere la presencia de conducción electrónica tipo p.
La conductividad electrónica tipo (σp) se evaluó ajustando el espectro de impedancia de baja temperatura a un circuito equivalente sencillo con una resistencia electrónica en paralelo. El valor de σp en aire a 300ºC es 3,1×10-6 S/cm y la energía de actuación 75,1 kJ/mol entre 300 y 400ºC.
Palabras clave:core-shell, galato, borde de grano, conductor mixto, espectroscopía de impedancia.
Procesamiento y conductividad eléctrica de galato de lantano con heteroestructura de tipo core-shell.
The electrical properties of a lanthanum gallate solid electrolyte were modified by selectively doping the grain boundaries with Fe. This was achieved by sandwiching a La
0.95Sr
0.05Ga
0.90Mg
0.10O3-δ (LSGM) dense pellet between LaFeO3 samples. Annealing at 1550°C in air for several hours promoted Fe diffusion into LSGM via the grain boundaries. Scanning electron microscopy and energy-dispersive spectroscopy analyses showed that iron was located at the grain boundary while the grain bulk preserved the LSGM composition. Impedance spectra obtained at low temperature consist of the two usual bulk and grain boundary contributions. A significant increase in total conductivity was observed for the iron-doped samples, the effect being greater for the grain boundary contribution. The total conductivity measured for the iron-containing material revealed a slight decrease with decreasing oxygen partial pressure, suggesting the onset of p-type electronic conduction. Estimates of the p-type electronic conductivity (σ
p) were obtained by fitting the low temperature impedance spectra to a simple equivalent circuit including one parallel electronic branch. The value for σp in air at 300°C is 3.1×10
-6 S/cm and the activation energy is 75.1 kJ/mol between 300 and 400°C.
Key words:
core-shell, gallate, grain boundary, mixed conductor, impedance spectroscopy.
150-153
S. SERENA, M. A. DE LA RUBIA, A. C. CABALLERO Y A. CABALLERO
Depto. de Cerámica y Depto. de Electrocerámica. Instituto de Cerámica y Vidrio, (CSIC),
Campus de Cantoblanco, C/ Kelsen, 5. 28049 – MADRID – Spain
El conocimiento preciso del sistema Bi2O3-ZnO es una herramienta básica para conseguir el control de la microestructura de los varistores basados en ZnO. Recientemente otros materiales basados en óxidos de cinc y bismuto han mostrado un gran potencial para su uso en aplicaciones como dieléctricos a frecuencias altas, renovando el interés por dicho sistema binario.
El objetivo del presente trabajo es realizar una evaluación termodinámica del diagrama de fases consistente para el sistema Bi2O3-ZnO teniendo en cuenta la información experimental existente del mismo. La evaluación termodinámica del sistema se ha llevado a cabo mediante la metodología CALPHAD (CALculation of PHAse Diagrams), empleando el software Thermo-Calc.
Palabras clave:Cálculo Termodinámico, Diagrama de Fases, Bi2O3-ZnO, varistores.
“Estudio termodinámico de la región rica en Bi2O3 del sistema Bi2O3-ZnO.”
Precise knowledge of the Bi
2O
3-ZnO system is fundamental to control the functional microstructure of ZnO-based varistors. Also the potential applications of materials based on ZnO and Bi
2O
3 as dielectric materials in the high frequency range have renewed the interest in this binary system.
The aim of the present work is to carry out a thermodynamic analysis of the Bi
2O
3-ZnO phase diagram, taking into account the existing experimental information. Thermodynamic calculation has been performed according CALPHAD methodology (CALculation of PHAse Diagrams), using the software Thermo-Calc.
Key words:
Thermodynamic modelling, Phase diagram, Bi2O3-ZnO, varistor
154-157
M.A. DE LA RUBIA1, M. PEITEADO1, J.F. FERNÁNDEZ1, A.C. CABALLERO1. J. DE FRUTOS2
J. HOLC3, S. DRNOVSEK3, D. KUSCER3, S. MACEK3, M. KOSEC3
1Electroceramics Department, Instituto de Cerámica y Vidrio (CSIC), Kelsen 5, 28049 Cantoblanco, Madrid, Spain.
2Applied Physics Department, E.T.S.I. Telecomunicación, Universidad Politécnica de Madrid, 28040 Madrid, Spain
3Electronic Ceramics Department K5, Jozef Stefan Institute, Jamova 39, 1000, Ljubljana, Slovenia
Se han preparado varistores basados en el sistema ZnO-Bi2O3-Sb2O3 en forma de lámina gruesa sobre sustratos de alúmina densa. Diferentes parámetros del procesamiento como la viscosidad de la pasta, los ciclos de calcinación y sinterización y el espesor en verde y sinterizado han sido estudiados para mejorar el procesamiento de los varistores basados en ZnO preparados en forma de lámina gruesa. Los polvos de partida fueron pretratados de dos formas diferentes con el objetivo de controlar la formación de la fase líquida rica en bismuto y la excesiva volatilización de Bi2O3 durante la sinterización debida a la alta relación área-volumen de las láminas gruesas. Se han observado cambios significativos en las propiedades eléctricas relacionadas con los diferentes ciclos de calcinado y con la selección de los polvos de partida.
Palabras clave:Varistor, lamina gruesa, serigrafía, procesamiento, propiedades electricas
Processing parameters for ZnO-based thick film varistors obtained by screen printing
Thick film varistors based on the ZnO-Bi2O3-Sb2O3 system have been prepared by screen printing on dense alumina substrates. Different processing parameters like the paste viscosity, burn out and sintering cycles, green and sintered thickness, have been studied to improve the processing of ZnO-based thick film varistors. Starting powders were pre-treated in two different ways in order to control both the Bi-rich liquid phase formation and the excessive volatilization of Bi2O3 during sintering due to the high area/volume ratio of the thick films. Significant changes have been observed in the electrical properties related to the different firing schedule and selection of the starting powders.
Key words:
Varistors, Thick film, screen printing, processing, electrical properties.
158-162
M. PEITEADO*,1 Y. IGLESIAS,2 J. DE FRUTOS,3 J. F. FERNÁNDEZ,2 A. C. CABALLERO2
1 Advanced Materials Department, Jozef Stefan Institute, 1000 Ljubljana, Slovenia.
2 Departamento de Electrocerámica, Instituto de Cerámica y Vidrio (CSIC), 28049 Madrid, España.
3 Departamento de Física Aplicada, ETSI Telecomunicaciones (UPM), 28040 Madrid, España.
Los materiales cerámicos basados en óxido de cinc dopado con estaño (IV) encuentran su principal aplicación como dispositivos sensores específicos de gases. La capacidad sensora de la mezcla de óxidos y su particular afinidad por un determinado gas específico (selectividad) es función directa de cuáles sean las fases cristalinas presentes en la microestructura del semiconductor sinterizado, así como del grado de incorporación del estaño en la red del ZnO. La obtención del polvo cerámico de partida por un método de coprecipitación altamente reactivo revela que el rango de solución sólida del estaño en el óxido de cinc se encuentra por debajo del 0.1 % en moles de SnO2; concentraciones superiores llevan a la segregación de una fase secundaria, Zn2SnO4, con estructura de tipo espinela.
Palabras clave:dopante, microestructura, semiconductor, ZnO.
Obtención de materiales cerámicos basados en ZnO-SnO2 por coprecipitación.
Tin (IV)-doped zinc oxide ceramics find its main application as specific gas sensor devices. The sensor ability of the mixture and its particular affinity for a particular gas (selectivity) depends both on the crystalline phases in the microstructure of the sintered semiconductor and on the degree of tin incorporation into ZnO lattice. By means of a highly reactive co-precipitation method it is revealed that the range of solid solution of tin in zinc oxide stays below 0.1 mol % of SnO2 since higher concentrations lead to segregation of a secondary Zn2SnO4 spinel type-phase.
Key words:
doping, microstructure, semiconductor, ZnO.
163-168
P.M. Botta, J. Mira, A. Fondado and J. Rivas
Departamento de Física Aplicada, Universidade de Santiago de Compostela Campus Universitario Sur, E-15782,
Santiago de Compostela, España.
En este trabajo se estudia el comportamiento dieléctrico de manganitas de La dopadas con Ca en un rango de composición cercano a 0.5. Se prepararon muestras cerámicas por el método de reacción en estado sólido, utilizando los óxidos elementales como reactivos. Los materiales obtenidos fueron caracterizados química, estructural y microestructuralmente mediante titulaciones iodométricas, difracción de rayos X y microscopía electrónica de barrido, respectivamente. Se hicieron medidas de susceptibilidad magnética y resistividad eléctrica en función de la temperatura. Además se determinó la permitividad dieléctrica compleja de las muestras sintetizadas en función de la frecuencia y la temperatura. Se observaron valores muy elevados de la constante dieléctrica en un amplio rango de frecuencias y temperaturas para todos los materiales obtenidos. También se encontró un aumento de la constante dieléctrica a temperaturas cercanas a las de las transiciones de orden de carga o metal-aislante sufridas por estos materiales.
Palabras clave:constante dieléctrica, manganitas, orden de carga, perovskitas.
Dielectric behavior of La1-xCaxMnO3 (0.4 ≤ x ≤ 0.5)
In this work the dielectric behavior of semiconducting La-manganites in an intermediate Ca-doping regime is studied. Ceramic samples were prepared by conventional solid-state reaction, using elemental oxides as starting reactants. A chemical, structural and microstructural characterization of the prepared manganites was performed by iodometric titrations, X-ray diffraction and scanning electron microscopy, respectively. The magnetic susceptibility and electrical resistivity as a function of temperature were also measured. The complex dielectric permittivity of the samples was determined as a function of frequency and temperature. Very high values of dielectric constant in a wide frequency and temperature range were observed for all the synthesized samples. Moreover, an increase of the dielectric constant at temperatures close to charge-order or metal-insulator transition is reported.
Key words:
dielectric constant, manganites, charge-order, perovskites.
169-174
B. RIVAS-MURIAS1, J. MIRA1, A. FONDADO1, M. A. SEÑARÍS-RODRÍGUEZ2, J. RIVAS1
1Dpto. Física Aplicada, Universidad de Santiago de Compostela, E-15782, Santiago de Compostela
2Dpto. Química Fundamental, Universidad de A Coruña, E-15071, A Coruña
En este trabajo, se estudian las propiedades dieléctricas de las perovskitas laminares La3/2Sr1/2NiO4 y La5/3Sr1/3NiO4 en el intervalo de frecuencias 20 Hz- 1 MHz y en el intervalo de temperaturas 110-350 K. Para este estudio, se han sintetizado muestras policristalinas y monofásicas mediante el método cerámico. Estos compuestos presentan unos altos valores de la constante dieléctrica a temperatura ambiente (ε’r ~ 105), lo cual los hace muy atractivos para posibles aplicaciones tecnológicas siempre y cuando se puedan reducir sus relativamente altas pérdidas dieléctricas.
Los resultados obtenidos muestran que aunque la respuesta dieléctrica está fuertemente realzada debido a efectos extrínsecos de polarización interfacial, se observa una correlación interesante entre las propiedades dieléctricas y el estado electrónico de los compuestos.
Palabras clave:constante dieléctrica, orden de carga, perovskitas laminares.
Caracterización estructural de los óxidos de níquel con orden de carga: La3/2Sr1/2NiO4 y La5/3Sr1/3NiO4
In this work, we study the dielectric properties of the layered perovskites La3/2Sr1/2NiO4 and La5/3Sr1/3NiO4 in the frequency range 20 Hz- 1 MHz and in the temperature range 110-350 K. For this study, we have synthesized single phase polycrystalline samples by a conventional solid-state reaction. These nickelates show very high values of the dielectric constant at room temperature (ε’r ~ 105), that make them very attractive for potential applications, provided that their rather high losses can be minimized.
The obtained results reveal that even if their dielectric behavior is strongly enhanced by extrinsic polarization effects, there is also a very interesting correlation between their dielectric response and their electronic state.
Key words:
dielectric constant, charge ordering, layered perovskites
175-177
M.Otero-Leal1, I.Pardiñas2, F.Rivadulla2, M.A.López-Quintela2, J.Rivas1
Departamentos de Física-Aplicada1 y Química-Física2
Universidad de Santiago de Compostela,15782 Santiago de Compostela.
Los óxidos de manganeso con valencia mixta y estructura de perovskita poseen un cierto grado de flexibilidad química que permite hacer estudios sistemáticos entre las propiedades eléctricas y magnéticas, con la estructura cristalina. En este trabajo presentamos medidas magnéticas en la serie La2/3(Ca1-xSrx)1/3MnO3 donde se demuestra que la aproximación adiabática falla para pequeñas x, debido el fuerte acoplamiento de los grados de libertad electrónicos y de la red.
Palabras clave:interacción electrón-fonón; magnetorresistencia colosal (CMR); Doble intercambio (DE).
Electron-phonon interactions in manganites: efect on the electronic transport and magnetization
Mixed-valent manganese oxides with perovskite structure offer a certain degree of chemical flexibility that allows making systematic studies of the relationship between the electric and magnetic properties with the crystalline structure. Here we present magnetic measurements in La2/3(Ca1-xSrx)1/3MnO3 that demonstrate that the adiabatic approximation breaks down at low x, due to the strong coupling of the electronic and the lattice degrees of freedom.
Key words:
electron-phonon interaction; colossal magnetorresistance (CMR); Double exchange(DE).
178-183
J.L. PONS1, J.F. FERNÁNDEZ2, M.VILLEGAS2, P. OCHOA2, R. CERES1, L. CALDERÓN1, E. ROCON1
1Grupo de Bioingeniería, Instituto de Automática Industrial, CSIC, Ctra. Campo Real, km. 0,200,28500 Arganda del Rey, Madrid
2Instituto de Cerámica y Vidrio, CSIC, Camino de Valdelatas s/n, 28049 Madrid
La operación óptima de un resonador piezoeléctrico requiere de la adaptación de impedancia eléctrica entre el circuito de excitación y el propio resonador. La falta de adaptación se traduce en una pobre transmisión de potencia desde el excitador hasta el resonador, lo que a su vez se traduce en calentamiento y pérdida de eficienca en la operación. Las características morfológicas de la tensión de excitación (amplitud, frecuencia y fase) también quedan afectadas por esta falta de adaptación. Este artículo analiza el diseño óptimo de la etapa de potencia de un circuito eléctrico de excitación para resonadores piezoeléctricos. Se trata la caracterización electromecánica del resonador y, en base a ésta, la adaptación de impedancias entre circuito y resonador. La contrastación experimental se ha llevado a cabo con un resonador bien estudiado en la literatura: un motor ultrasónico.
Palabras clave:Piezoeléctricos, diseño mecatrónico, motores ultrasónicos, adaptación de impedancia.
Tuned driving of piezoelectric resonators: impedance matching
For optimal operation of piezoelectric resonators, the electrical impedance of electronic drivers and the resonator itself must be matched. Lack of matching results in a non smooth transmission of electrical power between the drive and the load which, in turn, leads to heating and poor efficiency. The rest of properties of the driving voltage (frequency, amplitude and phase) are also affected by this mismatch. This paper presents the optimal design of power drivers for piezoelectric resonators. This approach is based on a first stage of electro-mechanical experimental characterization. This first step sets the basis for an impedance matching process. The approach has been experimentally validated on a well known piezoelectric resonator: the ultrasonic motor.
Key words:
Piezoelectric resonators, mechatronic design, ultrasonic motors, impedance matching.
184-187
A. ALBAREDA, R. PÉREZ, J. GARCÍA, J. TIANA, E. PÉREZ Y J.A. GORRI
Departamento de Física Aplicada. Universitat Politècnica de Catalunya.
Campus Nord, Ed. B4, c/Jordi Girona 1-3, 08034 Barcelona.
Las cerámicas PZT con coeficientes piezoeléctricos elevados poseen contribuciones extrínsecas grandes. Este comportamiento extrínseco, relacionado con el movimiento de las paredes de los dominios, comporta efectos no lineales grandes que no siempre son deseables, por ejemplo, al incrementar las pérdidas de los dispositivos piezoeléctricos. Esta correspondencia entre efectos extrínsecos y no linealidades puede ser utilizada para caracterizar las cerámicas con el fin de optimizar sus propiedades piezoeléctricas. En todos los casos se busca una interpretación física de los resultados obtenidos. El objetivo de este trabajo es el estudio de la dependencia de los coeficientes lineales y no lineales dieléctricos, piezoeléctricos y elásticos con la fracción de Ti en cerámicas PZT con composiciones de Zr-Ti cerca de la transición de fase morfotrópica (MPB). También se analiza la dependencia de estos coeficientes con la concentración de impurezas, utilizando para ello cerámicas de Ferroperm Piezoceramics del tipo duras y con dos niveles de dopaje aceptor, alto y bajo.
Palabras clave:Piezoelectricidad, Dominios ferroeléctricos, Extrínseco.
Extrinsic coefficient charcterisation of PZT ceramics near the morphotropic phase boundary
PZT ceramics with high piezoelectric coefficients have high extrinsic contributions. This extrinsic behaviour, which is related to the domain wall movement, produces high non-linear effects that are sometimes inconvenient, for example when it increases the losses in power devices. The relation between extrinsic behaviour and non-linearities could be used to provide a good extrinsic characterization of materials in order to optimise the piezoelectric devices. In all cases the physical explanation of the behaviour is sought. The aim of this work is to study the dependence of the linear and non-linear dielectric, piezoelectric and mechanical coefficients on the Ti fraction in PZT ceramic compositions near the morphotropic phase boundary (MPB). The dependence of these coefficients on the defect concentration is also analysed. Hard ceramics belonging to Ferroperm Piezoceramics, with two different acceptor dopant levels, high and low, have been measured.
Key words:
Piezoelectricity, Ferroelectric domains, Extrinsic.
188-191
Y. GÓMEZ-ULLATE, I. SALETES, F. MONTERO DE ESPINOSA
Instituto de Acústica, CSIC
Serrano 144, 28006, Madrid, Spain
En este trabajo se han utilizado cerámicas piezoeléctricas para generar ondas de Lamb en estructuras tipo placa. Se midió la presión acústica a lo largo de unos centímetros de la placa mediante un hidrófono acoplado a ésta mediante una fina capa de aceite. Aplicando a esta información la trasformada bidimensional de Fourier se obtuvieron las curvas de dispersión experimentales y se compararon con las obtenidas teóricamente.
A continuación, los modos de Lamb se reforzaron o cancelaron pegando otra cerámica en la placa en la posición adecuada. Al excitar la segunda cerámica en fase con la primera amplificamos el modo simétrico, S0, mientras que el modo antisimétrico, A0, se ve parcialmente cancelado. Excitando las dos cerámicas en contrafase, reforzamos el modo antisimétrico, A0, respecto del simétrico, S0.
Palabras clave: Ondas de Lamb, cerámica piezoeléctrica, curvas de dispersión, END.
Generación de ondas de Lamb en estructuras tipo placa mediante cerámicas piezoeléctricas.
In this work, Lamb waves have been generated in a thin aluminum plate by bonding a piezoceramic actuator onto the plate. The acoustic pressure immediately above the plate was measured by a needle hydrophone, coupled to the plate through a thin oil layer, across several centimeters. Use of a 2D FFT algorithm then provides the dispersion curves which compare well to the analytical solution calculated using the dispersion equation.
Next, the Lamb modes were selectively reinforced or cancelled by bonding another piezoceramic to the plate at an appropriate location. If the second actuator is excited in phase with the first one the symmetric mode, S0, can be reinforced whereas the antisymmetric mode, A0, is partially cancelled. If the two actuators are excited out of phase, the A0 mode is then enhanced respect to the S0 mode.
Key words:
Lamb Waves, piezoceramic, dispersion curves, NDT.
192-196
J. DE FRUTOS, F. J. JIMÉNEZ, A.M. GONZÁLEZ, M. C. DURO, E. MENÉNDEZ
Dpto Física Aplicada T.I. E.T.S.I.Telecomunicación-UPM.
Ciudad universitaria s/n. 28040 Madrid.
En este trabajo se presentan los resultados obtenidos tras realizar una caracterización piezoeléctrica y electromecánica completa haciendo uso de nuevas técnicas de caracterización, de muestras cerámicas de PZT ricas en circonio, y dopadas con Nb2O5. El objetivo que perseguimos es establecer las correlaciones existentes entre la estructura microscópica de estos materiales cerámicos, las pequeñas variaciones de las composiciones catiónicas, y las diferencias en la respuesta de los materiales en función de las diferentes composiciones.
Palabras clave: PZT, transición de fase, FE-AFE, no linealidad, electrocerámicas
Influence of niobium in the non lineal response of zirconium rich PZT ceramics
In this work a complete piezoelectric and electromechanical characterisation of zirconium rich Nb2O5 doped PZT ceramics obtained by means of new techniques is presented. The objective is to establish the correlation existing between the microscopic structure of these ceramic materials, the small variations in the cationic compositions and the differences in the response of the materials depending on their compositions.
Key words:
PZT, phase transition, FE-AFE, non-linearity, electroceramics..
197-201
R. PÉREZ, A. ALBAREDA, E. PÉREZ, J. GARCÍA, J. TIANA Y J.A. GORRI
Departamento de Física Aplicada. Universitat Politècnica de Catalunya.
Campus Nord, Ed. B4, c/ Jordi Girona 1-3, 08034 Barcelona.
Se ha implementado una nueva técnica de medida para la determinación del comportamiento no lineal de las cerámicas piezoeléctricas. Es una medida tipo Berlincourt, en la que se aplica un esfuerzo suficientemente intenso para producir efectos no lineales, y se analiza la respuesta no sólo en función de la amplitud del esfuerzo sino de su valor instantáneo. Con ello se realiza un tratamiento similar al realizado anteriormente en la medida de la constante dieléctrica. Previamente, se ha determinado la dependencia con el pre-esfuerzo aplicado y con el tiempo transcurrido desde su aplicación. Se observa el decrecimiento de d33 al aumentar el pre-esfuerzo TB. Se ha observado que el coeficiente d33 aumenta siempre linealmente con la amplitud, tanto en las cerámicas PZT comerciales blandas como en las duras, a diferencia de lo que ocurre con su comportamiento dieléctrico. La relación entre los coeficientes d33 imaginario y real en los materiales blandos es la esperada según el modelo de Rayleigh, pero no así en los duros. Mientras que en el caso dieléctrico los materiales duros presentan una dependencia fuerte y positiva con el campo instantáneo aplicado, en este caso la dependencia con el esfuerzo instantáneo es muy pequeña. El estudio se complementa con la dependencia de la constante dieléctrica no lineal con el pre-esfuerzo aplicado
Palabras clave:no linealidad, piezoelectricidad, efecto directo, cerámicas
Direct piezoelectric effect d33 non-linearity in PZT ceramics
A new measurement method has been developed in order to analyse the non-linear behaviour of piezoelectric ceramics. Based on Berlincourt–type method, the applied stress is so high that non linear effects can be produced. Its response is analysed not only in terms of the stress amplitude but also in terms of the instantaneous value. The treatment is similar to that we have applied to the dielectric response. Previously, the dependence on the pre-stress strength has been determined, and also the influence of the time elapsed since its application. A decrease in d33 is observed when pre-stress TB rises. Piezoelectric coefficient d33 increases linearly with the amplitude, not only in soft but also in hard PZT ceramics, opposite to the dielectric behaviour. The rate between real and imaginary part of the coefficient d33 is equal to the expected value in soft PZT, but it is not so in hard one. Since in the dielectric case hard PZT shows a strong and positive dependence with the applied instantaneous field, in that case the dependence is very light. This study is complemented by the dependence of the dielectric constant non-linearities with the applied pre-stress.
Key words:
non-linearity, piezoelectricity, direct effect, ceramics.
202-206
T. JARDIEL, A.C. CABALLERO, M. VILLEGAS
Department of Electroceramic, Instituto de Ceramica y Vidrio, CSIC
Kelsen 5, 28049, Madrid, España.
Se ha estudiado el comportamiento durante la sinterización de cerámicas basadas en Bi4Ti3O12 (BIT). Muestras sin dopar y dopadas con WO3 fueron preparadas por dos rutas diferentes: vía convencional por mezcla de óxidos y vía química por el método de coprecipitación de hidróxidos. Las variaciones en la contracción de las muestras se siguieron mediante ensayos de dilatometría. Para determinar los parámetros cinéticos se utilizaron diferentes modelos teóricos basados en los de Coble para los estados inicial e intermedio de la sinterización. Tanto el método de procesamiento como la cantidad de dopante modifican el comportamiento durante la sinterización de estas cerámicas. La sinterización de las muestras obtenidas por vía convencional se produce en estado sólido mientras que en aquellas obtenidas por vía química la sinterización se produce en presencia de una pequeña cantidad de fase líquida.
Palabras clave:titanato de bismuto, densificación, cinética de sinterización.
Sintering kinetic of Bi4Ti3O12 based ceramics
The shrinkage behaviour in based-Bi
4Ti
3O
12 ceramics has been studied by constant heating rate experiments (CHR). Undoped and WO3 doped BIT ceramics were prepared by two different ways: mixed oxide method and hidroxide-based coprecipitation method. Analyses of the initial and intermediate sintering stages were evaluated using different Coble’s based models. Sintering behaviour is modified by both, the dopant and the processing method. Powders obtained by the mixed oxide method sintered through a solid state mechanism, while coprecipitated powders sintered with the presence of a small amount of a transitory liquid phase.
Key words:
bismuth titanate, densification, sintering kinetic.
207-211
F. RUBIO-MARCOS, M. CHICHARRO*, E. BERMEJO*,
M. MORENO*, A. ZAPARDIEL**, M. VILLEGAS
Dept. Electrocerámica. Instituto de Cerámica y Vidrio, CSIC. 28049 Cantoblanco. Madrid. Spain
* Dept. Química Analítica y Análisis Instrumental. Universidad Autónoma de Madrid. 28049 Cantoblanco. Madrid. Spain
** Dept. Ciencias Analíticas. Facultad de Ciencias. Universidad Nacional de Educación a Distancia. 28040 Madrid. Spain
Este artículo describe la preparación y respuesta electroquímica de electrodos de carbono autosoportados preparados mediante colado en cinta. La conductividad eléctrica en corriente continua de este nuevo tipo de electrodos de carbono se ha determinado usando el método de cuatro puntas y se ha establecido una relación ente la relación grafito/aditivos orgánicos y la conductividad eléctrica. La aplicación de estos electrodos autosoportados como electrodos de trabajo en diversas técnicas electroanalíticas también se ha evaluado, empleando norepinefrina como analito en voltametría cíclica y en cronoamperometría. Los resultados se compararon con los obtenidos empleando los electrodos de pasta de carbono tradicionales como electrodos de trabajo, viéndose que la señal de los nuevos electrodos autosoportados poseía menor ruido de fondo y mayor respuesta analítica.
Palabras clave:colado en cinta, electrodos de carbono autosoportados
Self-supported carbon electrodes obtained by tape casting
This paper describes the preparation and electrochemical response of self-supported carbon electrodes prepared by tape casting. The dc electrical conductivity, σ, of the electrodes was determined by four-wire resistance measurements and a relation between the graphite/organic additives ratio and the electrical conductivity was established. The application of these self-supported carbon electrodes as working electrodes in analytical techniques was also evaluated using norepinephrine as electroactive substance in cyclic voltammetry and chronoamperometry. The results were compared with the traditional electrodes, carbon paste electrodes (CPEs), showing that the new self-supported carbon electrodes had both lower background noise and higher analytical response.
Key words:
tape casting, self-supported carbon electrodes
212-217
G. MONRÓS, J. BADENES, S. MESEGUER, M. LLUSAR, A.K. MARTÍ, C. GARGORI, M.A. TENA.
Dpto. De Química Inorgànica y Orgànica, Universidad Jaume I, Castellón (España).
El mecanismo del color en el azul de los pigmentos cerámicos V- ZrSiO4 y amarillo de Pr- ZrSiO4 cuyos tinos dependen mucho de la presencia de fluoruros así como del método de preparación esta controvertido en la literatura. La impedancia compleja se ha utilizado como una herramienta útil para diferenciar los materiales en función del método de síntesis, la microestructura y el color con el fin de profundizar en la resolución de las controversias. Se han preparado muestras representativas de ambos sistemas dopados mediante diferentes métodos de síntesis cerámico y sol-gel que se han estudiado por análisis de impedancia compleja. El circón dopado con vanadio aumenta su resistividad y sus energía de activación con referencia a la muestra no dopada y la muestra turquesa obtenida por adición de NaF presenta la mayor resistividad. Las muestras dopadas con praseodimio disminuyen la energía de activación y la conductividad respecto de la muestra no dopada. Este comportamiento está de acuerdo con la presencia de vacantes catiónicas en las muestras verdes de vanadio-circón asociadas a la coexistencia de V4+ y V5+ en las muestras y de inclusiones de óxido de praseodimio en el pigmento amarillo de Pr- ZrSiO4.
Palabras clave:Circón, pigmento cerámico, disolución sólida, conductividad
Doping and synthesis method effect on zirconium silicate conductivity
The colour mechanisms of blue V- ZrSiO4 and yellow Pr- ZrSiO4 ceramic pigments which strongly depend on both fluorine addition and synthesis method, are still controversial. Complex impedance has been used as a useful tool to differentiate the materials as a function of the synthesis method, microstructure and observed colour, going deeply into the resolution of controversies about the nature of colours. Representative samples of these doping pigmenting systems prepared by both classical ceramic process and sol-gel method have been studied by complex impedance analysis. Vanadium doped zircon enhances resistivity and activation energy compared to undoped zircon powder and turkish blue vanadium-zircon obtained by addition of NaF shows the highest bulk resistivity. Activation energy and conductivity decrease for Praseodymium doped zircon compared to undoped zircon. This feature is in agreement with the presence of cationic vacancies on green vanadium-zircon samples due to V4+ and V5+ coexistence and praseodymium oxide inclusions on Pr- ZrSiO4 yellow pigment.
Key words:
zircon, ceramic pigment, solid solution, conductivity.
218-222
J. CANET-FERRER1, L. MARTÍN-CARRÓN1,
J. L. VALDÉS1 and J. MARTÍNEZ-PASTOR1
1Instituto de Ciencia de los Materiales de la Universidad de Valencia, E-46071 Valencia, Spain.
Hemos utilizado un Microscopio de Fuerzas Atómicas (AFM) comercial y un Microscopio Óptico de Campo Cercano (SNOM) semi-casero para caracterizar eléctrica, óptica y topográficamente las paredes de dominio presentes entre los dominios ferroeléctricos naturales de un cristal de KNbO3. Las medidas de AFM las hemos realizado con una punta recubierta con metal, para detectar las fuerzas electrostáticas entre los campos de polarización de la superficie ferroeléctrica y la punta. Además, hemos aplicado campos eléctricos externos entre la superficie de la muestra y la punta, de manera que se pueda variar la fuerza electrostática en relación a las fuerzas atómicas. En imágenes de transmisión óptica, bajo condiciones de campo cercano, observamos un claro contraste de la señal en las fronteras entre los dominios ferroeléctricos con polarización espontánea a 180º, mientras que las imágenes de topografía muestran una superficie prácticamente plana. Las técnicas de microscopía de prueba usadas en este trabajo se revelan muy valiosas para la investigación de materiales ferroeléctricos y, en particular, para la caracterización de sus dominios y paredes de dominio, puesto que no es necesario preparar ni dañar la superficie de la muestra para ser investigada.
Palabras clave: KNbO3, ferroeléctrico, pared de dominio, SNOM y AFM
Scanning probe microscopy applied to the study of domains and domain walls in a ferroelectric KNbO3 crystal
A commercial Atomic Force Microscope (AFM) and a semi-home made Scanning Near-Field Optical Microscope (SNOM) have been used to characterize electrically, topographically and optically the domain walls among natural ferroelectric domains in a KNbO3 crystal. The AFM measurements have been performed with a metallic coated tip in order to detect electrostatic forces between the polarization field at the ferroelectric surface and the tip. An external electric field has also been applied between the sample surface and the tip to tune this electrostatic interaction over the atomic forces. In optical transmission images, acquired under near field conditions, we observe a clear contrast of the signal at the domain walls between 180º spontaneous polarization domains; while the images of the surface topography, obtained simultaneously, show a reasonably flat surface of the crystal. The scanning probe microscopy techniques used in this work are valuable tools for the investigation of ferroelectric materials and, in particular, to characterize the domain walls, without needing a either especial preparation or damage of the sample surface.
Key words:
KNbO3, ferroelectric, domain-wall, SNOM and AFM
223-227
J. CANET-FERRER, L. MARTÍN-CARRÓN, J. L. VALDÉS, J. MARTÍNEZ-PASTOR.
Instituto de Ciencia de los Materiales de la Universidad de Valencia, E-46071 Valencia, Spain.
J. J. Carvajal and F. Diaz
Laboratori de Física i Cristalografía de Materials, Universitat Rovira i Virgili, E-43005 Tarragona, Spain.
Hemos desarrollado un Microscopio Óptico de Campo Cercano (SNOM) que es capaz de adquirir una señal óptica, al mismo tiempo que la topografía, basado en un sensor de fuerza lateral comercial. Con este microscopio hemos medido la transmisión óptica en campo cercano, así como la topografía, de un cristal de RbTiOPO4, que exhibe dos tipos de dominios ferroeléctricos macroscópicos. Previamente, la muestra había sido sometida a un ataque químico selectivo, con el que se pueden distinguir dos zonas diferentes, una con una rugosidad apreciable (C-) y otra con aspecto perfectamente plano (C+), aspecto que tenía la superficie antes del ataque. Hemos comparado las imágenes de topografía del SNOM con otras tomadas usando un Microscopio de Fuerzas Atómicas, con mayor resolución espacial. Los cambios observados en las medidas de transmisión son debidos a dos tipos de efectos: i) las variaciones en la constante dieléctrica en las paredes de dominios y sus cercanías; ii) la dispersión de luz, dependiente de la longitud de onda, en los granos de la cara C-. Por último, hemos determinado los ángulos que forman las paredes de dominios invertidos, que resultan ser mayores de 90º y bastante cercanos a 135º, en promedio, tal y como se podría esperar, debido a la combinación de las direcciones [1 1 0], [-1 1 0], [1 0 0] y [0 1 0] de la estructura ortorrómbica.
Palabras clave::ferroeléctrico, dominios, RbTiOPO4, SNOM y AFM
Near-field optical and atomic force microscopy studies on RbTiOPO4 single crystal with ferroelectric domains
We have developed a Scanning Near-Field Optic Microscope (SNOM), which is based on a commercial tuning-fork sensor, capable of measuring the topography and the optical signal, at the same time. We have measured the SNOM transmission, as well as the topography, of an RbTiOPO4 single crystal, which exhibits two kinds of macroscopic ferroelectric domains. A chemical selective attack has been performed to distinguish them. As a consequence, we obtained zones with a noticeable roughness (C-) in comparison with the flat aspect of the other ones (C+). The SNOM topography images have been compared to Atomic Force Microscopy ones, which has a better resolution. The changes observed in the transmission measurements are due to different effects: i) variations of the dielectric constant at the interface walls between domains; ii) light scattering, wavelength dependent, at the grains in the C- face. Finally, we have determined the angles formed at the domain-walls between inverted domains, which are measured to be higher than 90º and close to 135º, as could be expected, because of the combination between [1 1 0], [-1 1 0], [1 0 0] and [0 1 0] directions of the orthorhombic lattice.
Key words:
Ferroelectric, Domains, RbTiOPO4, Near-field, AFM
228-232
A. Sotelo, M. Mora, M. A. Madre, H. Amaveda, J. C. Diez, L. A. Angurel, M. C. Mayoral1
Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (University of Zaragoza-CSIC). Dpto. Ciencia y Tecnología de Materiales y Fluidos
C/Mª de Luna, 3. 50018-Zaragoza
1 Instituto de Carboquímica, CSIC
C/Miguel Luesma, 4. 50018-Zaragoza
Se han preparado precursores de tipo vítreo en forma de cilindro con composiciones nominales Bi2-xPbxSr2CaCu2Oy, con x = 0, 0.2, 0.4 y 0.6. Estos cilindros se han utilizado como precursores para fabricar barras texturadas por medio de una técnica de fusión zonal inducida por láser (LFZ). Estas barras texturadas se recocieron a diferentes temperaturas y se caracterizaron eléctricamente. Además, se examinó su microestructura para correlacionarla con las propiedades eléctricas medidas. La variación de la transición del estado superconductor al normal se ha relacionado con el dopaje con Pb a través de las curvas E-I. Las mejores transiciones se han obtenido para muestras dopadas con 0.4 Pb..
Palabras clave:Bi-2212, superconductividad, propiedades eléctricas, Pb.
Study of the variation of the E-I curves in the superconducting to normal transition of Bi-2212 textured ceramics by Pb addition
Vitreous cylinders with compositions Bi2-xPbxSr2CaCu2Oy, (x = 0, 0.2, 0.4 and 0.6) were prepared and used as precursors to fabricate textured bars through a laser floating zone melting method (LFZ). The resulting textured cylindrical bars were annealed, followed by their electrical characterization. The microstructure was determined and correlated with the electrical measured properties. The influence of Pb doping on the sharpness of the superconducting to normal transition on the E-I curves has been determined. The sharpest transitions have been obtained for samples doped with 0.4Pb.
Key words:
Bi-2212, superconductivity, electrical properties, Pb.
233-237
J. L. GARCÍA-MUÑOZ 1, C. FRONTERA 1, M. HERVIEU2, M. GIOT 2, M. RESPAUD 3, A. CALLEJA4, X. G. CAPDEVILA 5
1 Institut de Ciència de Materials de Barcelona-CSIC, Campus universitari. E-08193, Bellaterra. Spain
2 Lab. CRISMAT, UMR CNRS/ISMRA, F-14050 Caen Cedex, France
3 Lab. de la Physique de la Matière Condensée, INSA, F-31077 Toulouse, France.
4 QUALITY CHEMICALS, Fornal, s/n. Pol. Ind. Can Comelles Sud, 08292 Esparraguera. Spain.
5 Dep. d’Enginyería Química y Metalúrgica, Univ. de Barcelona, Facultad de Química,E-08028 Barcelona
Se ha estudiado la coexistencia de ferromagnetismo y orden de carga en óxidos cerámicos del tipo Bi1-xSrxMnO3 con x<<0.5. Bi0.75Sr0.25MnO3 (x =2/8) presenta una transición estructural y electrónica a TCO~600 K que da lugar a nueva fase de orden de carga con simetría promedio Ibmm y una supercelda que dobla los ejes a y c . BiMnO3 (multiferroico) es ferromagnético por debajo de TC=105 K. Se han utilizado técnicas magnéticas y de difracción para investigar si la persistencia de ferromagnetismo en las medidas magnéticas hasta x≤0.4 puede ser el resultado de una dilución progresiva de la fase ferromagnètica del compuesto monoclínico puro. La estructura magnética en Bi0.75Sr0.25MnO3 es globalmente antiferromagnètica, descartando la aparición de ferromagnetismo espontáneo. Sin embargo, la respuesta al campo magnético es inusual: se observa un canting continuado y progresivo de los momentos desde campos muy pequeños hasta la saturación ferromagnètica, sin signos de la fusión del orden de carga con campos de hasta 30 Teslas. La coexistencia de ferromagnetismo y orden de carga es una propiedad remarcable de estos óxidos.
Palabras clave:orden de carga, manganitas, ferromagnetismo multiferróico.
Investigating ferromagnetism and charge order in Bi1-xSrxMnO3 (x<0.3) ceramic oxides
The possible coexistence of ferromagnetism and charge/orbital order in Bi3/4Sr1/4MnO3 has been investigated. The manganite Bi0.75Sr0.25MnO3, with commensurate charge balance, undergoes an electronic transition at TCO~600 K that produces a long-range modulation with double periodicity along a and c axis, and unusual anisotropic evolution of the lattice parameters. The previously proposed ferromagnetic properties of this new ordered phase were studied by magnetometry and diffraction techniques. In zero field the magnetic structure is globally antiferromagnetic, ruling out the apparition of spontaneous ferromagnetism. However, the application of magnetic fields produces a continuous progressive canting of the moments, inducing a ferromagnetic phase even for relatively small fields (H<<1 T). Application of pulsed high fields produces a remarkable and reversible spin polarization (under 30 T, the ferromagnetic moment is ~3 µB/Mn, without any sign of charge order melting). The coexistence of ferromagnetism and charge order at low and very-high fields is a remarkable property of this system.
Key words:
Manganites, Charge order, Ferromagnetic oxides, Multiferroic.
2
59-64
A. Moreno
Instituto de Tecnología Cerámica. Asociación de Investigación de las Industrias Cerámicas.
Universitat Jaume I. Campus Universitario Riu Sec. 12006 Castellón. Spain.
En estos momentos, ya hay en el mercado baldosas cerámicas dotadas de características y prestaciones que hacen de ellas productos con aplicaciones que van mucho más allá de los usos a que tradicionalmente han estado asociadas. No se trata tan sólo de posibilidades futuras, sino de productos con una realidad industrial y comercial, que permite su implantación inmediata en los diferentes ámbitos en los que pueden desarrollar su funcionalidad. Y este es precisamente el concepto clave de estas nuevas aplicaciones de las baldosas cerámicas: las prestaciones que poseen las hacen útiles para diferentes funciones hasta ahora asociadas a otros productos o, en algunos casos, totalmente novedosas. Más aún, estas funcionalidades están destinadas a mejorar aspectos directamente relacionados con la calidad de vida, las condiciones de habitabilidad o, en otro orden de cosas, el aprovechamiento de una fuente natural de energía tan importante como es la radiación solar. Por todo ello conviene llamar la atención sobre el hecho de que estas nuevas generaciones de baldosas cerámicas deben ser consideradas como unos elementos más de las estructuras arquitectónicas, tanto exteriores como interiores, dado que, como se verá a continuación, permiten dotar a las superficies que recubren de un amplio abanico de propiedades y funciones, sin menoscabo de las características estéticas que siempre han sido su rasgo distintivo.
Con objeto de ilustrar lo anteriormente expuesto se describe en este artículo tres nuevas familias de productos cerámicos, conceptualmente diferentes, que aportan una variedad de propiedades que los hacen aptos para ser utilizados como elementos funcionales en diferentes entornos.
Palabras clave:TiO2, Productos cerámicos tradicionales, Aplicaciones funcionales, Sensores, Propiedades eléctricas.
Ceramic tiles: above and beyond traditional applications
At present ceramic tiles are already being marketed with characteristics and performance features that make them products whose applications go far beyond traditional tile uses. These are not just future possibilities: their industrial and commercial reality already makes them immediately serviceable in multiple environments. And this is precisely the key concept in these new tile applications: their features make them useable for wholly different functions – functions till now reserved for other products – or, in certain cases, for entirely novel functions. In addition, the functionalities involved are destined to improve aspects directly related to the quality of life, conditions of habitability or, for instance, to using such a vital natural source of energy as solar radiation. It should, therefore, be stressed that these new generations of ceramic tiles are to be considered part of the range of architectural elements for both external and internal uses, since, as the following will show, they provide the surfaces they clad with a broad spectrum of properties and functions without detriment to the aesthetic qualities, always so characteristic, of ceramic tile.
To illustrate the above, the present paper describes three new families of ceramic products. These groups of products are conceptually different and many-sided, which makes them serviceable as functional elements in different contexts.
Key words:
TiO2, Traditional ceramics, Functional applications, Sensors, Electrical properties.
65-69
E. L. Solla, J. P. Borrajo, P. González, J. Serra, S. Liste, S. Chiussi, B. León, M. Pérez-Amor
Universidad de Vigo, Departamento de Física Aplicada, Lagoas-Marcosende, 36200 Vigo.
En la actualidad existen nuevas tecnologías de procesamiento de recubrimientos basados en la técnica denominada depósito por láser pulsado (PLD), la cual consiste en la ablación de un blanco mediante un haz láser y como consecuencia de la interacción radiación – materia se origina el transporte del material hasta el sustrato a recubrir. Esta técnica es muy versátil ya que permite la incorporación de atmósferas reactivas en el proceso y de descargas eléctricas en la pluma de ablación las cuales pueden inducir modificaciones en las propiedades de los recubrimientos.
En este trabajo se aplican estas nuevas tecnologías a la obtención de capas cerámicas bioactivas de hidroxiapatita y de vidrio bioactivo. Se ha estudiado la influencia de parámetros de proceso como temperatura, diferencia de potencial de la descarga de radiofrecuencia aplicada y atmósfera reactiva, desde el punto de vista de la composición y estructura de los recubrimientos. En el caso de la hidroxiapatita, la presencia de una atmósfera de vapor de agua y de una descarga de radiofrecuencia favorece el ritmo de depósito y la cristalinidad de los recubrimientos. Sin embargo, los recubrimientos óptimos de vidrio bioactivo se obtienen en condiciones de vacío y ausencia de descargas eléctricas.
Palabras clave:Ablación Láser, Descarga Radiofrecuencia, Cerámica Bioactiva, Atmósfera Reactiva.
New technologies in the processing of hidroxyapatite and bioactive glass coatings
Recently new coating technologies have been developed based on the so-called Pulsed Laser Deposition (PLD) method, which consists in the laser ablation of a target material, and as a consequence of the matter-radiation interaction, the transport of ablated species from the target to the substrate is originated. PLD is quite versatile technique, and allows the incorporation of a reactive atmosphere and electric discharges in the process so that the properties of the coatings can be modified.
In this work, these new technologies were applied in the processing of bioactive ceramic thin films of hydroxyapatite and bioactive glass. The influence of processing parameters, such as temperature, voltage applied of the radiofrequency discharge and reactive atmosphere, on the coating properties have been studied. It was found that in the case of hydroxyapatite coatings, the water vapour atmosphere coupled with the radiofrequency discharge enhances the deposition rate and cristallinity of the coatings. Nevertheless, the optimum properties for bioactive glass coatings were obtained in vacuum and absence of electrical discharge conditions.
Key words:
Laser Ablation, Radiofrequency Discharge, Bioactive Ceramics, Reactive Atmosphere.
70-74
J. Gómez-García, P. Poza, V. Utrilla
Dpto. de Ciencia e Ingeniería de Materiales. Escuela Superior de Ciencias Experimentales y Tecnología Universidad Rey Juan Carlos
C/ Tulipán, s/n. 28933 Móstoles. Madrid
La espectroscopía de impedancia electroquímica resulta ser una técnica de ensayo no destructiva prometedora para evaluar el estado y control de calidad de las barreras térmicas. Este trabajo muestra la variación de las propiedades eléctricas de barreras, depositadas por proyección térmica, medidas por espectroscopía de impedancia electroquímica en función de la oxidación isotérmica al aire con diferentes tiempos de exposición. Finalmente se relacionan los resultados de la espectroscopia de impedancia con la microestructura, estudiada mediante microscopía electrónica de barrido ambiental y microanálisis de rayos X.
Palabras clave:Barreras térmicas, Espectroscopía de impedancia electroquímica, Microscopía electrónica de barrido ambiental
Processing and characterization of ceramic coatings for thermal barrier applications
Electrochemical impedance spectroscopy is being developed as a non-destructive evaluation technique for life-remain assessment and quality control of thermal barrier coatings. In this investigation, changes in electric properties of coatings deposited by thermal spray were measured by electrochemical impedance spectroscopy as a function of the isothermal oxidation in air at different times. Finally, the results obtained by electrochemical impedance spectroscopy were related to the coating’s microstructure studied by environmental scanning electronic microscopy and energy-dispersive X-ray microanalysis.
Key words:
Thermal barrier coatings, Electrochemical impedance spectroscopy, Environmental scanning electron microscopy
75-79
M.A. AUGER1,2, O. SÁNCHEZ1 Y J.M. ALBELLA1
1Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) 28049 Cantoblanco. Madrid (España).
2Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas (CENIM-CSIC). Avda. Gregorio del Amo, 8. 28040 Madrid (España).
La utilización de materiales cerámicos como el nitruro de titanio o de aluminio ha experimentado una gran popularización en los últimos años gracias a su gran variedad de aplicaciones. Una importante aplicación que cuenta hasta el momento con resultados muy favorables es la de su uso como recubrimientos protectores de herramientas industriales, así como de moldes empleados en la fabricación de diferentes elementos. Una de las técnicas más utilizadas en la obtención de recubrimientos protectores es la técnica de sputtering, utilizada en este trabajo. En el presente estudio se han analizado las propiedades estructurales y mecánicas de láminas delgadas de TiN y AlN mediante las técnicas de difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido, nanoindentación y pin-on-disk. Dichas capas han sido sometidas a un tratamiento térmico en el que se han aplicado tres temperaturas: 750oC, 850oC y 950oC, y se han observado variaciones en sus propiedades antes y después del tratamiento. Las capas de TiN presentan una resistencia térmica en torno a 750oC. Las capas de AlN resisten hasta una temperatura en torno a 850oC, observándose además una mejoría en sus propiedades al ser sometidas a dicha temperatura de 850oC.
Palabras clave:TiN, AlN, sputtering reactivo, recubrimientos protectores, resistencia térmica
Protective TiN and AIN coatings: behaviour after temperature treatments.
The use of ceramic materials like titanium and aluminium nitrides have experienced a great improvement in the last years due to the variety of applications they show. The use as protective coatings on industrial tools is one important application with very favorable results for the moment, as it is the use as coating molds used for different elements fabrication. One of the mostly often used techniques to deposit protective coatings is the sputtering technique, which has been used in this work. In the present study we have analysed structural and mechanical properties of TiN and AlN thin films, using X-Ray diffraction, scanning electron microscopy, nanoindentation and pin-on-disk techniques. Thermal treatments have been applied on the mentioned films, applying three different temperature values: 750oC, 850oC y 950oC. Changes in their properties before and after the treatments have been observed. TiN layers show a thermal resistance around 750oC. The thermal resistance for AlN layers is around 850oC, being also observed an improvement in their properties when applying 850ºC of thermal treatment.
Key words:
TiN, AlN, reactive sputtering, protective coatings, thermal resistance
80-86
1R. barea, 2R. marín, 1M.I. osendi, 1R. martinez y 1P. miranzo.
1Instituto de Cerámica y Vidrio, CSIC. Cantoblanco. Madrid.
2Ikerlan Energía, Centro de Investigaciones Tecnológicas, Parque Tecnológico de Álava, Miñano Menor, Álava.
Entre las distintas técnicas de medida de la conductividad térmica de materiales, el método comparativo, recogido en la norma ASTM E1225-99, es el más adecuado para muestras porosas o materiales compuestos. Este método permite determinar conductividades térmicas en estado estacionario, en el intervalo de valores de 0,2 a 200 W/mK, y a temperaturas de ensayo en el rango 100-1300 K, dependiendo del diseño del equipo. En este trabajo se expone el diseño, desarrollo y puesta a punto de un equipo de medida de conductividad térmica basado en este método. Paralelamente, se realiza una validación del equipo mediante el estudio comparativo de los resultados obtenidos usando el equipo comparativo y la técnica del pulso láser en materiales porosos de mullita.
Palabras clave:conductividad térmica, difusividad térmica, método comparativo, materiales porosos, mullita.
Comparative equipment for the measurement of the thermal conductivity.
Among the different techniques available for measuring thermal conductivity, the comparative method (ASTM E1225-99) is the most appropriate for porous materials. This method determines the thermal conductivity in steady state conditions in the 100 - 1300 K temperature range and for conductivities between 0.2 and 200 W/mK, respectively, depending on the equipment characteristics. In the present paper, the design and development, as well as the start up process, of an apparatus based on this method is described. Thermal conductivity data on a mullite based refractory, measured by both the laser flash and the comparative methods, are presented and comparatively discussed in order to validate the developed equipment.
Key words:
thermal conductivity, thermal diffusivity, comparative method, porous materials, mullite.
87-95
F. Quintero, J. Pou, F. Lusquiños, M. Boutinguiza, R. Soto, y M. Pérez-Amor
Dpto. Física Aplicada, Universidad de Vigo, E.T.S. Ingenieros Industriales
36200 - Vigo, España.
La aplicación del láser de alta potencia para el corte de cerámicas estructurales es un proceso en desarrollo que ofrece excepcionales ventajas en comparación con las técnicas convencionales de mecanizado. Sin embargo, como paso previo a su implementación industrial se hace necesario realizar un análisis profundo del proceso que permita evitar los eventuales inconvenientes y optimizar los resultados.
En este trabajo se presentan los resultados más relevantes del estudio del corte mediante láser de elementos estructurales compuestos de una matriz de mullita con una fase dispersa de alúmina. Se comparan los resultados obtenidos al emplear un láser de CO2 operado en modo continuo con los correspondientes a la utilización de un láser de Nd:YAG en modo pulsante. En ambos casos se estudia la influencia de los parámetros de operación que más afectan a la calidad de los cortes y se compara, asimismo, la aplicación de un cabezal de corte convencional con un nuevo cabezal diseñado específicamente para mejorar la calidad de los cortes.
Con el objeto de realizar la comparación sistemática de los resultados que permita la optimización del proceso se emplean parámetros cuantificables para caracterizar la calidad de los cortes. Los resultados obtenidos muestran una notable mejoría al emplear el nuevo cabezal de corte.
Palabras clave:cerámicas oxídicas, silicatos, mecanizado, corte láser.
Laser cutting of mullite-alumina structural elements
The application of high power lasers for cutting of structural ceramics is a process under development exhibiting great advantages in comparison with conventional machining techniques. However, an in depth analysis of the process is necessary before its industrial implementation in order to avoid eventual drawbacks and to optimize the results.
The most relevant results from the study of laser cutting of structural elements composed of a mullite matrix with a dispersed phase of alumina are presented in this work. The results obtained employing a CO2 laser operated in CW mode are compared with those obtained using a free-running Nd:YAG in pulsed mode. In both cases, the effect of the operation parameters with stronger influence on the cut quality is analyzed. At the same time, the application of a conventional cutting head is compared with a new one specifically designed to optimize the cut quality.
Several quantifiable parameters were employed to characterize the quality of the cuts with the aim of performing a systematic assessment of the results which allows the optimization of the process. The results obtained show a clear improvement of the cut quality as the new cutting head is employed.
Key words:
oxide ceramics, silicates, machining, laser cutting.
96-102
J. L .Oteo1, M. R. Elvira1,2, L. Alonso1, J. Rubio1
1. Departamento de Química-Física de Superficies y Procesos. Instituto de Cerámica y Vidrio, CSIC;
C/ Kelsen s/n Campus de Cantoblanco. UAM.; C.P. 28049, Madrid.
2. Departamento de Química Analítica e Ingeniería Química. Facultad de Química.
Universidad de Alcalá de Henares. Ctra. N II, km 33,600. 28870, Madrid.
En este trabajo se presentan los resultados de las investigaciones llevadas a cabo para evaluar el comportamiento de un material híbrido orgánico-inorgánico (HOI) como recubrimiento protector de distintos materiales de construcción.
La caracterización mineralógica, estructural y textural de los materiales de construcción estudiados (granito, mármol y arenisca) se llevó a cabo mediante las técnicas: difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de barrido (MEB), reflectancia total atenuada (ATR) y porosimetría de mercurio. Por otro lado, la caracterización del recubrimiento antivandálico se llevó a cabo mediante ATR y MEB, evaluando su capacidad protectora contra pinturas realizadas por aerógrafo o rotulador, según la mayor o menor facilidad con que se elimina la pintura por limpieza con gamuza.
La estabilidad del recubrimiento en el material inorgánico se estudió mediante ensayos acelerados de resistencia a la lluvia y, en el caso del mármol, a la radiación UV. La variación del color experimentada por la superficie después de ser recubierta se estudió, en todos los casos, por colorimetría.
Palabras clave: antivandálico, híbrido, recubrimiento, envejecimiento.
Surface protection treatments of building materials by new organic-inorganic hybrid multifuncional materials
The behavior of an organic-inorganic hybrid material (HOI) as protective coating of different building materials has been evaluated in this work.
The mineralogical, structural and textural characterization of the inorganic building materials (granite, marble and sandstone) was carried out by: x-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), attenuated total reflectance (ATR) and mercury porosimetry. On the other hand, the protective coating was characterized by ATR and SEM, evaluating its protective capacity against paintings made by aerograph or labeller, according to the greater or smaller facility whereupon eliminates the painting by means of cleaning with a cloth.
The stability of the coating on the inorganic materials was studied by accelerated tests of rain and UV radiation. Color variation after coating was studied, in all the cases, by colorimetry.
Key words:
antigraffiti, hybrid, coating, ageing.
103-108
M.E. Rabanal1, J.M. Torralba1, L. Mancic2 and O. Milosevic2
1Universidad Carlos III de Madrid, Avda. de la Universidad 30, 28911-Leganés, Madrid, España.
2 Institute of Technical Sciences of SASA, K. Mijajlova 35/IV, 11000 Belgrado, Serbia&Montenegro
En este trabajo se presentan los resultados de la influencia de la concentración de centros luminiscentes de Eu3+ en cuanto a los cambios estructurales, morfológicos y propiedades ópticas de nanopartículas de Gd2O3 obtenidas mediante técnicas de aerosol. Se ha estudiado la influencia de parámetros experimentales durante el proceso de síntesis (temperatura, caudal del gas portador, tiempo de residencia de las gotas de aerosol en el interior del horno, temperatura del horno y temperaturas isotérmicas de calentamiento posterior). Disoluciones acuosas 0.1M de los nitratos de Gd y Eu fueron las precursoras de la formación, mediante ultrasonidos (1.3 - 1.7 MHz), de un aerosol estequiométrico, que posteriormente fue descompuesto a alta temperatura en un horno tubular. Durante el proceso de descomposición en una sola etapa, las gotas de sufrieron procesos de evaporación, precipitación y reacción. Las partículas iniciales obtenidas presentan geometría esférica, libres de agregados y con un tamaño de dominio cristalino inferior a 20nm. Técnicas experimentales de caracterización, tales como DRX, MEB y EDS se han empleado para la caracterización estructural, morfológica y composicional. Se ha utilizado el programa Koalariet-XFit y la fórmula de Scherrer para la determinación del tamaño de dominio cristalino y las microdeformaciones. Se han establecido las correspondientes relaciones entre las propiedades luminescentes medias y las condiciones experimentales de la síntesis.
Palabras clave:Spray pirólisis, métodos de aerosol, nanopartículas fosforescentes, propiedades luminiscentes.
Synthesis and properties evaluation of Gd2O3 nanoparticles doped with Eu luminescence centres by Spray Pyrolysis
Influence of the Eu3+ luminescence center concentration on the structural, morphological and spectroscopic properties of the powders obtained in accordance to the aerosol method was studied in this work. The processing route includes aerosol formation ultrasonically (resonant frequency 1.7MHz) from common gadolinium and europium nitrate solutions and control over the aerosol decomposition in a high-temperature (up to 1473K) tubular flow reactor. During decomposition, the aerosol droplets undergo evaporation/drying, precipitation and thermolysis in a dispersed phase and in a single-step process. Consequently, spherical, solid, agglomerate-free, submicron-sized particles with the crystallite sizes below 20nm were obtained. In order to control the particles crystal structure and to establish the conditions for the stabilization of the low-temperature gadolinia cubic phase, the process parameters like synthesis temperature, droplet/particle residence time and annealing temperatures were adopted. The particle morphology, phase and chemical structure were revealed in accordance to various analysis methods (XRD, SEM and EDS). Structural changes (crystallite size and microstrains) after powders thermal treatment were carried out using Koalariet-XFit program as the profile-matching tools. The results obtained and the mechanisms of ultrafine phosphor particles generation were discussed in terms of precursor chemistry, process parameters and luminescence properties.
Key words:
Synthesis, spray pyrolysis, crystallite size, phosphor
109-114
J.P. Borrajo1, P. González1, J. Serra1, S. Liste1, S. Chiussi1, B. León1, A. de Carlos2, F.M. Varela-Feria3,
J. Martínez-Fernández3, A.R. de Arellano-López3
1Universidad de Vigo, Dpto. Física Aplicada, Lagoas-Marcosende, 36200 Vigo
2Universidad de Vigo, Dpto. Bioquímica, Genética e Inmunología, Lagoas-Marcosende, 36200 Vigo
3Universidad de Sevilla, Dpto. Física de la Materia Condensada, Apdo. 1065, 41080 Sevilla
La necesidad de desarrollar nuevos implantes basados en materiales bioactivos que sean capaces de soportar grandes cargas mecánicas ha llevado a la producción de sustratos metálicos recubiertos con cerámicas bioactivas. Recientemente se ha propuesto un dispositivo alternativo que consiste en un sustrato de carburo de silicio (SiC) biomórfico recubierto con vidrio bioactivo, mediante la técnica de Depósito por Láser Pulsado (PLD), y que dispone de la resistencia mecánica adecuada, además de gran ligereza y una porosidad intrínseca muy favorable de cara a la implantación. En este trabajo se presenta un estudio interdisciplinar de este nuevo material centrado en la morfología y porosidad de sustratos de SiC provenientes de diferentes maderas, la bioactividad de los recubrimientos producidos por PLD y en la evaluación in vitro con células de osteosarcoma MG-63 con la que se ha determinado la citotoxicidad de estos materiales y se ha estudiado la influencia de los mismos en la adhesión y la proliferación celular.
Palabras clave:Carburo de silicio biomórfico, Depósito por Láser Pulsado, bioactividad, test de proliferación celular, vidrio biaoctivo.
Cytotoxicity study of biomorphic SiC ceramics coated with bioactive glass.
In the past years there was a need to develop new tough bioactive materials capable to resist high loads when implanted in the body, that led to the production of bioactive coatings on metallic substrates. A new approach, which consists of biomorphic silicon carbide (SiC) coated with bioactive glass by Pulsed Laser Deposition (PLD), was recently presented. This new material joins the high mechanical strength, lightness and porosity of biomorphic SiC and the bioactive properties of PLD glass films. In this work, a multiple evaluation of this new material is presented starting from the biomorphic SiC morphology and porosity, following with the bioactivity in simulated body fluid of the coatings, and ending with a deep in vitro study with MG-63 cells. The citotoxicity of the SiC coated and uncoated and the cell proliferation and attachment were studied.
Key words:
Biomorphic silicon carbide, Pulsed Laser Deposition, bioactivity, cell proliferation test, bioactive glass
1
1-12
E.Sánchez1, J.García-Ten , M.Regueiro2
1 Instituto de Tecnología Cerámica-AICE (ITC)
2 Instituto Geológico y Minero de España (IGME)
Los datos de la industria cerámica y vidriera en España muestran un espectacular crecimiento que tuvo lugar principalmente en la segunda mitad de los 90, en particular en productos relacionados con la construcción, como baldosas cerámicas o ladrillos y tejas, impulsados por una frenética actividad en este sector industrial en España. Sin embargo, con el comienzo de siglo, el modelo cerámico español muestra claros síntomas de agotamiento, como consecuencia del gran aumento de la producción en China, Brasil y países de la zona Asia-Pacífico. Las materias primas, por su gran incidencia en el coste final del producto, han jugado y jugarán un decisivo papel en este nuevo escenario. Para analizar este rol, en el presente trabajo se ha comenzado por describir las principales materias primas que intervienen en la formulación de las diferentes composiciones cerámicas y de vidrio, con una breve mención a la función que desempeñan. Seguidamente se ha revisado la evolución en el consumo y en los precios, en un contexto de negocio fuertemente globalizado, tratando de encontrar las causas que han motivado en algunos casos el desajuste entre la oferta y la demanda. Finalmente, se hará una reflexión sobre los retos que el suministro de materias primas tiene ante sí, haciendo especial hincapié en el desarrollo sostenible de los recursos, en las amenazas y ventajas del mercado global y en la investigación y desarrollo de nuevos materiales.
Palabras clave:Materias primas, cerámica blanca/roja, pavimentos y revestimientos, refract
Raw materials for the Spanish ceramic industry: State of the current trends
The ceramics and glass industry in Spain has witnessed spectacular growth in recent years – particularly in the latter half of the 1990s – in products such as ceramic tiles, bricks and roofing tiles, driven by the building boom in Spain. However, at the start of the 21st century, growth has clearly flattened, owing to the emergence of production hubs in China, Brazil and Asian-Pacific countries. Raw materials have played a critical role in this new scenario, owing their impact on final product cost. With a view to analysing this role the present study first describes the principal raw materials used in ceramics and glass compositions, briefly indicating the functions of these raw materials. The study then reviews the evolution of raw materials consumption and prices in a strongly globalised business context, and seeks to identify the causes of certain mismatches between supply and demand. Finally, the challenges facing raw materials supply are discussed, particularly in regard to sustainable development of resources, threats and advantages of the global market, and research and development of new materials.
Key words:
raw materials, red-body/white-body ceramics, tiles, refractories
13-21
J.ALBORS, J. L. HERVÁS
Departamento de Organización de Empresas. Universidad Politécnica de Valencia
La industria cerámica europea, española e italiana, ha logrado un liderazgo tecnológico importante en la actualidad. Sin embargo, en algunos aspectos del proceso de fabricación de la cerámica, subsisten culturas artesanales que aún perduran y que son derivadas del origen de la industria. Esta situación, combinada con la crisis iniciada en la actualidad, la globalización, la creciente presión de industrias cerámicas tan alejadas como la China y los cambios en las preferencias de los clientes presentan un panorama que va a acabar produciendo, previsiblemente, ciertas demandas tecnológicas sobre el proceso de manufactura cerámica, tras una fase previa de presión sobre el proceso de desarrollo de producto.
La presente comunicación tratara de realizar una reflexión sobre estos aspectos desde la perspectiva de los trabajos desarrollados por el proyecto MONOTONE, financiado por la Comisión Europea y en el que participan 17 institutos y empresas europeas del sector1.
Palabras clave:Tecnología, Demanda, Cambio, Globalización industria cerámica
The European tile ceramic industry in the XXI century. Challenges of the present decade.
The European, Spanish and Italian tile ceramic industry, has achieved today a relevant technology leadership. Nevertheless, in certain aspects of the tile ceramic manufacturing process, artisan cultures still subsist which are derived from the origin of the industry. This situation, combined with the crisis initiated at the start of the century, the globalisation, the increasing pressure of tile ceramic industries located in the East and the changes in the preferences of the customers presents/ a scenario which will cause determined technology demands on the tile ceramic process.
The present communication reflects on these aspects from the perspective of the work developed by the MONOTONE project, financed by the European Commission.
Key words:
Technology Demand, Change, Globalization
22-27
I. Tortajada1, G. Peris-Fajarnés1, M. Aguilar2,, P. Latorre1
1 Departamento de Expresión Gráfica en la Ingeniería
2 Departamento de Conservación y Restauración de Bienes Culturales
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE VALENCIA
Hoy en día la industria del pavimento y revestimiento cerámico español produce mas de 600 MMm2 al año, debiendo, cada pieza ser inspeccionada y clasificada en la mayoría de las empresas. Ello implica que normalmente cada modelo debe de ser almacenado por subgrupos en función del tono y del calibre, lo que supone la necesidad de un sistema de almacenamiento y distribución que tenga en consideración estos elementos.
El impacto económico derivado precisamente de la necesidad de un control de stocks, se ve incrementado en lo que se refiere al control del aspecto visual (relacionado con el diseño y el color). Esta clasificación es susceptible de ser automatizada, pero este procedimiento parece no haberse impuesto claramente frente a procesos de clasificación visuales realizados por clasificadores profesionales. La gran complejidad de los modelos, la dificultad en la definición de los criterios de clasificación, y la falta de criterios objetivos y repetibles para todos los diseños son cuestiones que dificultan la automatización de este proceso crucial de la cadena de producción.
Precisamente para estudiar el control cromático de las baldosas, es necesario hacer un análisis a fondo del proceso de clasificación cerámico. En este trabajo se estudia la clasificación tonal, resaltando las características tecnológicas y de investigación más reseñables en los últimos cincuenta años, así como sus perspectivas de futuro.
Palabras clave:Proceso de clasificación, Inspección visual, Umbral de discriminación de color.
Analysis of the ceramic sorting process
Nowadays the Spanish ceramic pavement and coating industry produces more than 600 MMm2 per year, each piece having to be inspected and classified in most of the companies. This implies that each model must usually be stored by sub-groups based on the tone and the caliber, which implies the necessity of a storage and distribution system taking into consideration these elements.
The economic impact derived exactly from the need of a stock control, is increased because a control of the visual aspect (related to design and color) must be done. This sorting, can be automated, but this procedure seems not to have clearly been imposed in front of visual sorting processes made by professional sorting. The great complexity of the models, the difficulty in defining the classification criteria, and the lack of objective and repeated criteria for all the designs are issues that make difficult the automation of this crucial process of the production line.
Exactly to study the chromatic control of floor tiles, it is necessary to make a throughly analysis of the ceramic sorting process. In this work the tone sorting is studied, emphasizing the most prominent technological and research characteristics in the last fifty years, as well as their prospect of future
Key words:
Sorting Process, Visual examination, Color-differential thresholds.
28-32
M. Aineto1, A. Acosta1, J.Ma. Rincón2, M. Romero2
1Universidad de Castilla La Mancha, Facultad de Ciencias Químicas, Departamento de Química Física, Área de Mineralogía Aplicada.
C/ Camilo José Cela s/n 13071 Ciudad Real
2Grupo de Materiales Vítreos y Cerámicos, Instituto Eduardo Torroja de Ciencias de la Construcción, CSIC. C/Serrano Galvache 4, 28033 Madrid.
Se expone en este trabajo la segunda parte de los resultados de la investigación sobre el comportamiento en fusión de las escorias y el proceso seguido para la obtención de materiales vitrocerámicos utilizando estas escorias como materia prima. A partir de una mezcla vitrificable basada en escorias, casco de vidrio y carbonato cálcico precipitado de azucarera, se ha obtenido por fusión a 1450ºC un vidrio (ECSCP) que presenta un mecanismo de cristalización superficial.
Con el vidrio pulverizado se conformaron probetas cilíndricas de 40 mm de diámetro y 7 mm de altura aproximada, que fueron posteriormente sometidas a los tratamientos térmicos de desvitrificación a temperaturas entre 800 y 1100ºC, y tiempos de tratamiento entre 5 y 60 minutos, obteniéndose una serie de materiales vitrocerámicos de wollastonita-anortita-gehlenita. Estos materiales han sido caracterizados y analizadas sus propiedades en función del tiempo y las temperaturas de desvitrificación.
Palabras clave:Residuos de gasificación de carbón, escorias GICC, desvitrificación, vitrocerámicos de wolastonita / anortita, materiales porosos.
Coal gasification wastes, IGCC slag, devitrification, anorthite / wollastonite glassceramics, porous materials.
There are here reported the result of the second phase of the investigation on the melting behavior of the slag and the process followed to synthesize glass-ceramic materials using this slag as raw component. Starting from a vitrifying mixture based on slag, glass cullet and precipitated calcium carbonate coming from sugar refining, we have obtained the parent glass named ECSCP, which exhibit a surface tendency of crystallization.
Pressed specimens of 40 mm diameter and 7 mm height were conformed with the powdered ECSCP glass. The specimens were heat treated for crystalline phases development at temperatures between 800 and 1100ºC during time intervals from 5 to 60 minutes.
A series of wollastonite-anorthite-gehlenite glass-ceramics has been synthesized of different characteristics depending on the time and temperature of devitrification.
Key words:
Coal gasification wastes, IGCC slag, devitrification, anorthite / wollastonite glassceramics, porous materials.
33-37
P. Rey, A. Souto, J. Franco, F. Guitián
Instituto de Cerámica de Galicia. Edificio Monte da Condesa S/N, Universidad de Santiago de Compostela.
15782 Santiago de Compostela. Spain.
Se ha estudiado el comportamiento del circón en atmósferas de baja PO2 a distintas temperaturas y presiones absolutas. Los tratamientos se han realizado en un horno de grafito a presión atmosférica y en vacío (1x10-3 atm), a temperaturas entre 1300-1500ºC, durante tiempos de hasta 5 horas. Tanto el diseño de los experimentos como la interpretación de los resultados se realizaron a partir del diagrama de volatilidad del circón, construido como parte de este trabajo. Los resultados obtenidos demuestran que en estas condiciones el circón es inestable y se reduce, perdiendo su sílice como SiO(g) y dando lugar a la formación de un recubrimiento superficial poroso de circona monoclínica, de espesor variable en función de la temperatura, tiempo y presión absoluta del tratamiento, y superficie específica comprendida entre 4 y 5m2/g. Por su microestructura y propiedades, este tipo de materiales pueden tener aplicaciones como soporte de catalizadores para combustión catalítica o en células de combustible.
Palabras clave:Diagramas de volatilidad, circón, recubrimientos, reducción superficial, condiciones de equilibrio.
Tittle: zircon surface reduction under low Po2 environments at high temperatures
The chemical and thermal stability of zircon under low PO2 environments at different temperatures and absolute pressures have been studied. The experiments performed out in a graphite furnace at atmospheric pressure and under vacuum (1·10-3 atm) in the temperature range 1300-1500ºC up to 5 hours. Both experimental conditions and reaction mechanism were inferred from the zircon volatility diagrams, constructed as part of this work. As a result of the thermal treatments, the SiO2 was removed from the zircon, resulting in a porous layer of monoclinic zirconia with a variable thickness as a function of temperature, time and absolute pressure. A specific surface area up to 5m2/g.was obtained. This kind of materials can be used as catalyst supports in applications such as catalytic combustion and fuel cells
Key words:
Volatility diagrams, zircon, coatings, surface reduction, equilibrium conditions
38-45
J.Bastida1, M.T Lores2, J. de la Torre, 1P. Pardo, Y A.M. López Buendía3
1 Departamento de Geología. Universidad de Valencia. 2 Departamento de Ingeniería Química. Universidad de Valencia.
3AIDICO (Instituto Tecnológico de la Construcción, Parque Tecnológico de Valencia)
El objeto de este trabajo es estudiar la variación de límites de Atterberg en el tratamiento térmico de ball clays de la zona minera de Teruel a temperaturas inferiores a la de deshidroxilación de los filosilicatos presentes en las mismas. Dicha variación consiste en ligeras disminuciones del límite plástico y descensos más importantes en el límite líquido, y puede relacionarse, en el caso aquí considerado, con el aumento del tamaño de cristalito de los filosilicatos presentes (caolinita e illita, en este caso), hecho que se pone de manifiesto mediante un análisis microestructural simplificado por difracción de rayos X, y mediante observación en microscopía electrónica de emisión de campo.
Palabras clave:Límites de Atterberg, tratamiento térmico, ball clays, tamaño de cristalito
Microstructural modification of clay minerals in blal clays from Teruel by thermal treatment
The aim of this paper is to analyse the influence of thermal treatments under the dehydroxilation temperature of clay minerals present in ball clays from Teruel on the Atterberg limits of these treated materials. The observed variations are slight decreases of the plastic limit and more important decreases of the liquid limit that can be related to the increase of crystallite size of the present main clay minerals (kaolinite and illite), found trough a simplified X-ray diffraction microstructural analysis and by field emision scanning electron microscopy.
Key words:
Key words:
Atterberg limits, thermal treatment, ball clays, crystallite size
46-51
L.A. DÍAZ RODRÍGUEZ y R. TORRECILLAS
Instituto Nacional del Carbón (CSIC). Dpto. de Química de Materiales
C/ Francisco Pintado Fe, 26, 33011 - Oviedo. España
Se investiga la caracterización cerámica de los materiales arcillosos existentes en Cantabria (N. de España) pertenecientes a la facies Weald. Esta facies está englobada, dentro del Periodo Cretácico Inferior, en el denominado Grupo de Pas, que consta de dos formaciones: Formación Bárcena Mayor y Formación Vega de Pas (abarcando en Edad desde el Valanginiense Superior hasta el Barremiense). Las muestras tomadas (52 en total) dentro de estas dos secuencias deposicionales fueron sometidas a su caracterización granulométrica, mineralógica y química, para posteriormente, en las zonas favorables, realizar los oportunos ensayos tecnológicos. Los resultados obtenidos confirman su excelente viabilidad para la fabricación de productos cerámicos de la construcción en los sectores de ladrillos caravista y tejas y, sobre todo, como pavimentos y revestimientos de pasta roja.
Palabras clave:arcillas, facies Weald, Cantabria, arcillas comunes, caolines sedimentarios, arcillas plásticas, análisis tecnológicos, productos de gres, cerámica roja.
Wealden clays from Cantabria (N.Spain): Their ceramic use
Several clay sediments from the Weald facies (Barcena Mayor Formation, Vega de Pas Formation , including Upper Valanginian to Barremian) belonging to the Pas Group (Lower Cretaceous Period) from Cantabria (N. Spain) have been studied . Fifty two samples were extracted from several outcroppings and granulometric, mineralogic and chemical analyses were carried out. Samples from the clay-rich zones were technologically characterized and the results indicate that they could be used as red stoneware ceramic products (facing bricks, roof, and floor tiles).
Key words:
clays, Weald facies, Cantabria (N. Spain), common clays, sedimentary kaolins, fire clay, technological analysis, red stoneware products.
52-58
S.R.H. Mello-Castanho1, A.C. da Silva1
A. Esteban-Cubillo2, C. Pecharromán2, J.S. Moya2
1IPEN- Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares 05508-900 – Trav. R, 400 - São Paulo, Brazil
2Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM)-CSIC, Cantoblanco 28049 Madrid, España.
La eliminación de los residuos industriales tóxicos, es en la actualidad un objetivo prioritario a nivel mundial. Para el caso particular de los residuos sólidos galvánicos, su alto contenido en metales pesados resulta perjudicial tanto para la salud como para el medio ambiente. En este trabajo se han obtenido vídrios con un 40% en peso de residuos galvánicos de alto contenido en cromo y níquel. La estabilidad química de los vídrios obtenidos fue comprobada mediante ensayos de resistencia al ataque hidrolítico, ácido y alcalino. Finalmente, los diferentes vídrios fueron caracterizados por diferentes técnicas difración de rayos-X, fluorescencia de rayos-X, espectrometría infrarroja..
Palabras clave:Lama galvánica, Vídrio silicatos, procesos de inertizatión.
Glass silicate from Cr and Ni high level galvanic waste
The environmental and human health related with harmful industrial waste is nowadays an issue of worldwide great concern. Particularly the case of galvanic solid waste, because of its high content in heavy metals, it is highly harmful from both environmental and human health point of view. In this study, glasses containing up to 40 wt% of galvanic waste with a high content of chromium and nickel were obtained. The chemical stability of these glasses was studied by hydrolytic, alkaline and acid attack. Finally the different glasses were studied by X-ray diffraction, X-ray fluorescence and infrared spectroscopy techniques in order to rationalize and to understand its observed chemical stability.
Key words:
Galvanic waste, silicate glass and inertization process.
45[6]367-371.pdf (420 Kb) 