6
909-914
M.F. Gazulla, M.p. gÓmez, e. Monfort, M. orduña
Instituto de Tecnología Cerámica. Asociación de Investigación de las Industrias Cerámicas. Universitat Jaume I. Castellón. España.
En este trabajo se estudia la influencia de diferentes factores sobre los resultados obtenidos en la determinación de la toxicidad de muestras de residuos mediante el ensayo de inhibición de la luminiscencia de la bacteria Photobacterium phosphoreum (Vibrio fischeri), llegándose a la conclusión de que este método, por sí sólo, no es adecuado para caracterizar residuos de la industria cerámica.
Palabras clave:Caracterización de residuos, ensayo de luminiscencia, industria cerámica.
Interferences in ceramic waste characterisation by the luminescence inhibition assay
The present study was undertaken to determine the influence of different factors on the results obtained in the determination of the toxicity of ceramic wastes by Photobacterium phosphoreum (Vibrio fischeri) bacteria luminescence inhibition assay. The study indicates that this method, used just by itself, is inadequate for characterising ceramic industry waste.
Key words:
Waste characterisation, luminescence assay, ceramic industry.
915-918
R. GONZÁLEZ –BALLESTEROS, E. SUASTE-GÓMEZ
Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del I.P.N, Departamento de Ingeniería Eléctrica, Sección de Bioelectrónica. México D.F. C.P. 07000, México.
En este trabajo se estudian las características dieléctricas y piroeléctricas del sistema ferroléctrico cerámico de Pb0.88(Ln)0.08Ti0.98Mn0.02O3 (Ln = La, Sm, Eu) para determinar su utilidad como detectores de infrarrojo. Se determinó la constante dieléctrica y el coeficiente piroeléctrico de las cerámicas. Este material con estructura de perovskita presentó una transición de fase tetragonal a cúbica en el proceso de calentamiento, además de presentar altos valores de la constante dieléctrica. Se obtuvieron valores de la figura de mérito para detección infrarroja Rv=pi/εr. Los resultados se compararon con otros materiales usados como detectores de infrarrojo.
Palabras clave:cerámica, ferroelectricidad, detector infrarrojo, piroeléctrico.
Determination of the pyroelectric coefficient of the Pb0.88Ln0.08Ti0.98Mn0.02O3 (Ln=La, Sm, Eu) ferroelectric ceramic system and its application to infrared detectors.
In this work the dielectric and pyroelectric characteristics of the ferroelectric ceramic system of Pb0.88(Ln)0.08Ti0.98Mn0.02O3 (Ln = La, Sm, Eu) are studied in order to determine its usefulness as infrared dectectors. Dielectric constant and pyroelectric coefficient of the ceramics were determined. This material with perovskite structure presented a phase transition from tetragonal to cubic on the heating process, besides of presenting high values of dielectric constant. Values of figure of merit for infrared detection Rv=pi/εr were calculated. The results were compared with other materials used as infrared detectors.
Key words:
ceramics, ferroelectricity, pyroelectric, infrared detector.
919-924
V. CORRECHER1, F.J. VALLE-FUENTES2 Y J. GARCIA-GUINEA3
1CIEMAT. Av. Complutense 22. Madrid 28040. España
2Instituto de Cerámica y Vidrio (CSIC). Camino de Valdelatas s/n. Madrid 28049. España.
3Museo Nac. CC. Naturales (CSIC). C/ José Gutiérrez Abascal 2. Madrid 28006. España.
La leucita natural (KAlSi2O6), materia prima para la fabricación de cerámicas dentales, es un material potencialmente válido para su utilización con fines dosimétricos ya que su respuesta luminiscente (radioluminiscencia -RL- y termoluminiscencia -TL-) en la región espectral del visible (200-800nm) es similar a la de otros aluminosilicatos utilizados también con fines dosimétricos. A pesar de la complejidad de las curvas, los espectros de emisión de TL y RL obtenidos con una leucita del Monte Somma (Nápoles, Italia) se pueden ajustar a un número máximo de seis funciones gaussianas situadas a 300, 380, 430, 480, 550 y 680 nm con significado físico. Este ajuste indica que en ambos procesos las trampas electrónicas que intervienen tienen el mismo origen. El análisis químico realizado por Fluorescencia de Rayos X (FRX) de la leucita estudiada permite intentar vincular el contenido de impurezas presentes en la red cristalina del material con las bandas de emisión que se producen como consecuencia de las distorsiones estructurales que se generan en la red cristalográfica formada por los tetraedros de SiO4 y [AlO4].
Palabras clave:Leucita, radioluminiscencia, termoluminiscencia, espectro de emisión
Radioluminescence and thermoluminescence emission spectra of a leucite of Monte Somma (Italy)
Natural leucite (KAlSi2O6), one of the main components of dental ceramics, shows similar radioluminescence (RL) and thermoluminescence (TL) response than other aluminosilicates (in the 200-800nm region) employed for dosimetric purposes. Despite the complex structure of the emission spectra, both glow curves can be fitted to six gaussian functions peaked at 300, 380, 430, 480, 550 and 680nm. We infer that the involved electronic traps are of the same origin regardless of the luminescence process. The chemical analysis performed by X-ray fluorescence (XRF) allows us to seek relationships between the content of the impurities of the crystal lattice and the emission bands.
Key words:
Leucite, radioluminescence, thermoluminescence, emission spectra
925-928
J. C. Diez, J. I. Peña, V. M. Orera, M. Sierra*
I.C.M.A. (C.S.I.C.-Univ. Zaragoza), C/María de Luna 3, 50018-Zaragoza
* Dpt. Materiales y Procesos ITP, Avda. Castilla. 28830-San Fernando de Henares. Madrid
Los recubrimientos de circona parcialmente estabilizada con itria se usan habitualmente como barreras térmicas en turbinas y motores. Estos recubrimientos se suelen realizar mediante proyección térmica plasma (APS), una técnica relativamente económica y bien conocida en el sector industrial. Las barreras consisten de una capa de 0.5 a 1 mm de cerámica muy porosa unida a la aleación metálica mediante una capa de enlace. La elevada porosidad permite incrementar la resistencia al choque térmico pero provoca que el oxigeno u otros gases perniciosos para el substrato lleguen con relativa facilidad, produciéndose ataques que pueden acelerar el proceso de delaminación. Asimismo la superficie es rugosa y por tanto expuesta a la erosión por partículas. En este trabajo se presentan las condiciones óptimas que permiten la resolidificación mediante láser de la superficie de las capas de Y-PSZ (circona parcialmente estabilizada con itria) depositadas por proyección térmica de plasma en aleaciones de Ni. Se presenta un sencillo modelo que permite explicar la energía umbral de fusión y su dependencia con la velocidad de tratamiento. Se observa cómo la capa externa tratada se densifica, disminuye su rugosidad y queda íntimamente ligada con la capa porosa de Y-PSZ.
Palabras clave:Recubrimientos antitérmicos, Recubrimientos de circona, Proyección Térmica Plasma, Fusión con láser.
Laser remelting of plasma sprayed zirconia thermal barrier coatings
Coatings of partially stabilised zirconia are currently used as thermal barrier coatings in gas turbines and diesel engines. Zirconia coatings are usually processed via plasma spraying a well-established and relatively cheap technique. Thermal barrier coatings consist of 0.5 to 1 mm of porous ceramic bonded to the metallic substrate by a bond-coat. High porosity in the ceramic coating assure a good thermal behaviour but increases the chances for corrosion or chemical attack of the bond-coat and coating detach by delamination processes. The as sprayed surface is rough and sensitive to erosion. In the present work we obtained the processing conditions for laser remelting of Y-PSZ coatings deposited by atmospheric plasma spraying technique on Ni- alloys. A simple model accounts for the onset melting energy and its dependence with the processing speed. The remelted film is dense and with smooth surface and well bonded to the underlying porous coat.
Key words:
Thermal barrier coatings, Zirconia coatings, Plasma spraying, Laser melting
929-932
B. SEGURA1, E. VALLADA2, C. MAROTO2, R. RUIZ2
1Departamento de Economía y Ciencias Sociales. Universidad Politécnica de Valencia
2Departamento de Estadística e Investigación Operativa Aplicadas y Calidad. Universidad Politécnica de Valencia
La progresiva desaceleración de la actividad económica a partir de 2001 enfrenta al sector azulejero a retos nuevos en el área de producción. La capacidad productiva y la tecnología están disponibles, fruto de las inversiones en años precedentes y se ha alcanzado una posición ventajosa en el mercado, pero mantener esa posición frente a competidores, tanto tradicionales como emergentes, probablemente requiera un cambio de enfoque en el área de operaciones y sus relaciones con las restantes áreas empresariales. La optimización de todos los recursos disponibles va a necesitar inversiones en procesos y organización más que en capacidad y tecnología. En este trabajo presentamos los resultados de una encuesta sobre el comportamiento de las empresas del sector y las prioridades que declaran para alcanzar los objetivos en las diferentes áreas empresariales, como base para el análisis de su capacidad para dar respuesta a los nuevos retos a los que se enfrentan.
Palabras clave:Estrategia empresarial, consenso estratégico, grupos estratégicos
Operations strategy in spanish tile industry firms
Due to the progressive deceleration of economic activity since 2001, the ceramic tile sector faces new challenges in operations management. Both the capacity and the technology are available, thanks to investments in preceding years, and an advantageous position in the market has been achieved. However, to maintain that position as regards its competitors, traditional as well as emerging ones, a change of focus in operations management and its relationship with business strategy will probably have to be adopted. Resource optimisation needs more investment in process and organization than in capacity and technology. In this study we present the results of a survey on the behaviour of the sector’s firms and the priorities they have to reach the objectives, as a basis for the analysis of their capacity to rise to the new challenges with which they are confronted.
Key words:
company strategy, strategy consensus, strategy groups
933-938
M.D.ALCALÁ, C.REAL, J.M.CRIADO
Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla. C.S.I.C.-UNSE. Av/Américo Vespucio s/n 41092 Sevilla, Spain
Las cerámicas basadas en el Si3N4 poseen unas extraordinarias propiedades físicas y mecánicas que permiten su uso como material estructural avanzado en ingeniería. Se ha utilizado la técnica de ATVC (Análisis Térmico a Velocidad de Reacción Controlada) para preparar dicho compuesto por reducción carbotérmica de sílice en atmósfera de nitrógeno y estudiar la influencia de la naturaleza de los reactivos en el producto de la reacción. Los resultados obtenidos muestran que la elección de reactivos de elevadas superficies específicas no es garantía para obtener nitruro de silicio con una morfología homogénea y de pequeño tamaño de partícula siendo recomendable el empleo de reactivos que a la temperatura de reacción posean superficies específicas lo más parecidas posibles.
Palabras clave:reducción carbotérmica, nitruro de silicio, análisis térmico.
Influence of the starting materials and the experimental conditions on the carbothermal synthesis of silicon nitride
Ceramics based on silicon nitride have unusual physical and mechanical properties that make them materials of technological importance for their use as structural material. Silicon nitride has been prepared by carbothermal reduction of silica under nitrogen atmosphere using the control rate thermal analysis (CRTA). The employ of this method allows to study the influence of the microstructure of the starting materials on the final product avoiding the influence of others experimental conditions. The results show that products of highest homogeneity and smallest particle sizes will be achieved when starting materials of similar
Key words:
Carbothermal reduction, silicon nitride, thermal analysis.
5
829-842
J.M. BENITO, A. CONESA, M.A. RODRÍGUEZ
Instituto de Cerámica y Vidrio (CSIC), 28049 Cantoblanco, Madrid
Esta revisión resume los últimos avances en tecnología de membranas cerámicas. En los últimos años estas membranas y sus módulos vienen compitiendo con las membranas orgánicas en muchas aplicaciones debido a que muestran una alta estabilidad térmica y química, un largo periodo de funcionamiento y una gran facilidad para ser limpiadas. Uno de los métodos usados para su obtención es el proceso sol-gel, el cual es considerado uno de los mejores para la síntesis de membranas cerámicas debido a su facilidad para conseguir membranas delgadas de tamaños de poro nanométrico y con estrechas distribuciones de tamaño de poro. Métodos de caracterización tales como medidas de permeabilidad, punto burbuja, adsorción-desorción de N2, porosimetría de Hg y microscopía permiten conocer la estructura de la membrana.
Palabras clave:Membranas, cerámica, obtención, caracterización, sol-gel.
Ceramic membranes. Types, preparation methods and characterization
The following review summarizes the last advances in technology of ceramic membrane. In the last years these membranes and their modules compete with organic membranes in many applications due to their high thermal and chemical stability, long life and good defouling properties. The sol-gel process is considered one of the best methods for ceramic membranes synthesis, because of its ability to make thin membrane top layers of nanoscale pore diameter, with narrow pore size distribution. Characterization methods such as gas permeation, bubble point test, N2 adsorption-desorption, Hg penetration and microscopy allow to know the structure of the membrane.
Key words:
Membranes, ceramic, preparation, characterization, sol-gel.
843-848
J.J. CORONEL, R. JANSSEN, N. CLAUSSEN
Advanced Ceramics Group, Technical University Hamburg-Harburg, Denickestrasse 15, 21073 Hamburgo, Alemania
En este trabajo se demuestra la posible aplicación de suspensiones parafínicas para la formación mediante inyección o extrusión de piezas cerámicas con forma compleja. Las suspensiones fueron preparadas a partir de polvos cerámicos y metal-cerámicos. La eliminación de los componentes orgánicos así como las propiedades mecánicas después del sinterizado (resistencia a la ruptura σB y tenacidad a la fractura KIc) también fueron evaluadas.
Palabras clave:Moldeo por inyección, extrusión, superficie específica, viscosidad, propiedades mecánicas.
Shaping of ceramic parts from powder loaded wax suspensions
In this work is demonstrated the possible application of paraffin wax suspensions for shaping complex ceramic parts by injection moulding or extrusion. These suspensions were prepared from ceramic or metal-ceramic powders. Thermal debinding as well as mechanical properties after sintering (bending strength σB and fracture toughness KIc) were also evaluated.
Key words:
injection moulding, extrusion, specific surface area, viscosity, mechanical properties.
849-854
F. LUCAS1, A. BELDA1, F.J. TORRES2, J. ALARCÓN2
1Departamento de I+D. FRITTA S.L. Castellón, España
2Departamento de Química Inorgánica. Universidad de Valencia. 46100 Burjassot (Valencia), España
En este trabajo se presenta una metodología para desarrollar vidriados vitrocerámicos basados en piroxeno. En primer lugar se ha estudiado, mediante difracción de rayos X y microscopía electrónica de barrido, el efecto de diferentes aditivos en la cristalización monofásica de piroxeno a partir de vidrios en el sistema CaO·MgO·Al2O3·SiO2. Posteriormente, se han determinado los intervalos de sinterización y características térmicas de los vidrios, mediante microscopía de calefacción y dilatometría. Finalmente, con los vidrios seleccionados se han preparado piezas esmaltadas mediante tratamientos térmicos utilizados habitualmente en la industria de pavimento y revestimiento, comprobando la reproducibilidad de las características microestructurales obtenidas en los estudios iniciales en vidrios. Se han medido sobre las piezas esmaltadas diferentes propiedades que permiten confirmar su potencial aplicación en procesados industriales de monococción y/o bicocción.
Palabras clave:vidriado vitrocerámico, piroxeno, microestructura, propiedades mecánicas.
Study and characterization of pyroxene-based glass-ceramic glazes.
A method was proposed to develop pyroxene-based glass-ceramic glazes. First, was studied, by X-ray diffraction and scanning electron microscopy, the effect of several additives in the monophasic crystallization of pyroxene from glasses in the CaO·MgO·Al2O3·SiO2 quaternary system. After, it was determined the sinterization intervals and thermal properties of the glasses, by hot stage microscopy and dilatometry. Finally, some studied glasses were chosen and glazed tiles were developed under fast firing wall- and floor-tile industrial cycles. The results proved the reproducibility of the microstructural characteristics obtained in the previous study with glasses. The measurement of different mechanical properties confirmed their potential application in nowadays industrial processing.
Key words:
glass-ceramic glaze, pyroxene, microstructure, mechanical properties
855-862
R.I. MERINO, J.I. PEÑA, V.M. ORERA, A. LARREA Y A.J. SÁNCHEZ-HERENCIA*
Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón, CSIC-Universidad de Zaragoza, E-50009 Zaragoza, España
*Instituto de Cerámica y Vidrio, CSIC, E-28049 Madrid, España
Se presenta un procedimiento para la densificación y/o texturado superficial de cerámicas de Al2O3-YSZ (circona estabilizada con itria) con composición eutéctica mediante fusión zonal asistida por láser. Haciendo un barrido con la radiación proveniente de un láser de potencia sobre piezas cerámicas conseguimos modificar la microestructura y densificar completatmente la capa superficial, con un espesor que va de 30 a 1000 µm. Por ejemplo, con línea estrecha de láser de diodo, fluencia de 1.23 kW/cm2 y velocidades de barrido de 0.14 mm/s, solidificamos capas de 560 µm. El resultado es una superficie de baja rugosidad y no porosa. La microestructura de la muestra es fina debido a su composición eutéctica. La interfase sólido-líquido en el proceso de crecimiento determina la orientación de la microestructura. Se estudia la forma de esta interfase tanto en cortes transversales como longitudinales, lo que permite analizar el efecto que sobre la microestructura tiene la superposición de barridos, que es una alternativa para tratar superficies extensas. Macroscópicamente la frontera entre barridos contiguos es suave. Sin embargo, su microestructura presenta discontinuidad en el espaciado entre las fases debido a la evolución microestructural en la región no fundida sometida a altas temperaturas y a la nucleación preferencial de Al2O3 al comenzar el crecimiento cristalino. Se analizan distintas posibilidades para disminuir el choque térmico inherente al proceso y que conduce a la formación de grietas paralelas a la dirección de procesado y de delaminación. Se observa una mejora importante cuando se precalienta la pieza a tratar, de modo que es posible procesar superficies de cerámicas eutécticas 99% densas.
Palabras clave:eutéctico, Al2O3, YSZ, tratamiento superficial con láser.
Laser-assisted surface melting of Al2O3-YSZ eutectic ceramics
A procedure for surface densification and/or texturing of Al2O3-YSZ (yttria stabilised zirconia) ceramics with eutectic composition by means of laser surface melting is presented. By scanning a high-power laser beam on a ceramic surface, we achieve a textured and fully dense surface layer from 30 to 1000 microns thick. For example, using a thin diode laser line with fluence 1.23 kW/cm2 and 0.14 mm/s scan rate, the solidified layer has 560 µm depth. We get a low roughness and dense surface. The microstructure is fine (micron size) due to the eutectic composition. The orientation of the microstructure is determined by the shape of the solid-liquid interface in the solidification process. We study the shape of this interface in transverse and longitudinal cross-sections in single as well as overlapping scans, which are required to process large surfaces. From the macroscopic point of view, the transition between adjacent scans is smooth. However, the microstructure presents discontinuity in the interphase spacing due to microstructural evolution in the heat affected region as well as the nucleation of an Al2O3 layer at the beginning of the crystal growth. The thermal shock inherent to the procedure generates cracks longitudinal and transverse to the scanning direction, as well as delaminating cracks. We analyse different possibilities to reduce this thermal shock. The best results are obtained by preheating the substrate, allowing us to process surfaces of Al2O3-YSZ eutectic ceramics 99% dense.
Key words:
eutectic, Al2O3, YSZ, laser surface treatment
863-868
D.A. CORTÉS, A. MEDINA, J.C. ESCOBEDO, S. ESCOBEDO, M.A. LÓPEZ
Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN-Unidad Saltillo
Se utilizó un método biomimético con el fin de bioactivar la superficie de dos aleaciones base cobalto. Después de tratarse química y térmicamente, los sustratos se colocaron sobre wollastonita o biovidrio dentro de una solución fisiológica por 21 días. Se utilizaron dos soluciones, una con una concentración cercana a la del plasma sanguíneo humano (SBF) y otra con una concentración 1.5 veces la de la anterior (1.5SBF). Además de sumergir los sustratos por 21 días en SBF o 1.5SBF, se trataron algunas muestras por 7 días en SBF con material bioactivo + 14 días en 1.5SBF (método de re-inmersión). Se realizaron también pruebas sin la presencia de material bioactivo.
Se formó una capa de apatita de características similares a las de la fase mineral del hueso en la superficie de las muestras tratadas con wollastonita y biovidrio en todos los casos. Las capas cerámicas de morfología más similar a la observada en los sistemas bioactivos existentes se obtuvieron utilizando el proceso de re-inmersión en presencia de wollastonita. No se presentó la formación de apatita en la superficie de las muestras tratadas sin material bioactivo, a excepción de los casos en los que se utilizó el método de re-inmersión.
Palabras clave:Aleaciones base cobalto, Wollastonita, Biovidrio, Bioactividad, Métodos biomiméticos
Use of bioactive systems in the bonelike apatite formation on cobalt base alloys
To promote a bioactive surface on cobalt base alloys a biomimetic method was used. The metallic substrates were alkali- and heat-treated. The treated substrates were immersed in simulated body fluid for 21 days in presence of wollastonite ceramics or bioactive glass. Two different simulated body fluids were used, one with an ion concentration close to human blood plasma (SBF) and other with a concentration of 1.5 times of that of the SBF (1.5SBF). Some tests were performed by soaking the samples for 7 days in SBF with bioactive material, followed by an immersion in 1.5SBF (re-immersion method). Tests with no bioactive material were also performed in all the cases.
A bonelike apatite layer was formed on the substrates treated with wollastonite and bioactive glass. The morphology more similar to that of the existing bioactive systems was obtained by using the re-immersion method with wollastonite. No apatite layer was formed on the substrates treated with no bioactive material, apart from the cases when the re-immersion method was used.
Key words:
Cobalt base alloys, Wollastonite, Bioactive glass, Bioactivity, Biomimetic methods.
869-876
J.C. Rendón-Ángeles1, L.M. Valadez-Farias1, J.L. Rodríguez-Galicia1, J. Méndez-Nonell1,2, J. López-Cuevas1.
1Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN, Unidad Saltillo, Apdo. Postal 663, Saltillo 25000, Coah, México.
2Centro de Investigación en Química Aplicada, Saltillo 25100, Coah, Mexico.
En el presente trabajo se prepararon tres soluciones sólidas de cromita de lantano del tipo La0.8Ca0.2Cr1-xAlxO3, donde Al= 5 y 10 % molar, y una de composición LaCr0.9Al0.1O3. La preparación del gel precursor se llevó a cabo mezclando soluciones de Cr(NO3)3 y AlCl3 en dos diferentes relaciones volumétricas (9.5:0.5 y 9:1). El pH de la solución se ajustó a un valor de 13 mediante la adición del medio de coprecipitación (solución de NaOH 0.5 M). Posteriormente se agregaron las soluciones de las sales LaCl3 y CaCl2 en una relación volumétrica de 8:2. De acuerdo a los termogramas, se determinó que el pico correspondiente a la trasformación cristalina del gel amorfo inicia por debajo de los 750°C. De acuerdo a estos resultados, la cristalización del gel coprecipitado se realizó mediante tratamiento térmico a 900ºC por 3 horas, en atmósfera de aire. Los polvos obtenidos fueron compactados mediante prensado isostático en frío a 200 MPa, y las pastillas fueron sinterizadas a temperaturas en el rango de 1300-1500ºC por intervalos de tiempo de 1, 3, 5 horas en atmósfera de aire. Las densidades máximas alcanzadas para las soluciones sólidas de Ca2+ fueron mayores al 95% de la densidad teórica del compuesto cromita de lantano.
Palabras clave:Soluciones Sólidas de Cromita de lantano, Coprecipitación, Medio Alcalino, Polvos Namométricos, Sinterización.
Synthesis and Sintering of Lanthanum Chromite Solid Solutions Prepared by the Alkaline Coprecipitation Method.
In the present work, three different solid solutions of lanthanum chromite, La0.8Ca0.2Cr1-xAlxO3, where Al= 5 y 10 % molar; and LaCr0.9Al0.1O3, were prepared by the alkaline coprecipitation method. The preparation of the precursor gel was carried out by mixing solutions of Cr(NO3)3 and AlCl3 at two volumetric ratios (9.5:0.5 and 9:1). The pH of the main solution was adjusted to a value 13 by adding a 0.5 M NaOH solution. The admixture of LaCl3 and CaCl2 was then added to the latter solution, resulting in the coprecipitation of a precursor gel. Thermal analysis of the precursor gels showed that the crystallization peak of the amorphous gel occurred below 750°C. Thus, crystallization of the gel was carried out at 900ºC for 3 hours in air. Pellets were prepared by cold isostatic pressing at 200 MPa, and sintering was carried out at different temperatures between 1300-1500ºC for reaction intervals between 1-5 hours in air. The maximum apparent density achieved on each of the lanthanum chromite solid solutions doped with Ca was 95% of the theoretical density.
Key words:
Lanthanum Chromite Solid Solutions, Coprecipitation, Alkaline Media, Nanometric Powders, Sintering.
877-882
J. GARCIA-GUINEA (1), D. HOLE (2), A. FINCH (3), V. CORRECHER (4), F.J. VALLE-FUENTES (5), N. CAN (6), P. D. TOWNSEND (2)
(1) Museo Nacional Ciencias Naturales, . Madrid E-28006 Spain
(2) Univ Sussex, Sch Engn & Informat Technol. E Sussex, UK
(3) Centre for Advanced Materials, University St Andrews. Fife KY16 9AL UK
(4) CIEMAT. Madrid E-28040 Spain
(5) Instituto de Cerámica y Vidrio (ICV/CSIC) . Madrid E-28049 Spain
(6) Celal Bayar Univ, Faculty of Arts and Sciences, Physics Department, Manisa, Turkey
El requerimiento de propiedades físicas muy controladas en los nuevos materiales cerámicos precisa de nuevas técnicas de caracterización de defectos estructurales. Al incidir sobre un material un flujo de iones ligeros, como 11H+, 21H+, 32He+ y 42He+, acelerados a energías de MeV, estos iones pueden penetrar varias micras en muchos materiales emitiendo un fuerte espectro luminiscente con mucha información sobre defectos estructurales. Se presentan algunos ejemplos de espectros de ionoluminiscencia de silicatos de uso cerámico con diferentes tipos de defectos como Mn2+, Fe3+, Ti4+ en cuarzo, Dy3+ en circón, maclados tartán en microclina y estrés espontáneo y potasio en albita. En tectosilicatos a temperaturas criogénicas se aprecia una reorganización del par Mn2+ y Fe3+ mas un crecimiento de las emisiones espectrales ultravioleta-azules atribuibles a mecanismos de estrés en redes silicatadas. En nesosilicatos (circón) se observan diferencias como presencia de tierras raras (Dy3+) y reducción selectiva de algunos picos ultravioleta-azules (340 y 400 nm).
Palabras clave: Ionoluminescencia, Cuarzo Rosa, Circón, Albita, Microclina
Ionoluminescence of silicates for ceramic uses at cryogenic temperatures
Requirements on accurate physical properties need new characterization techniques for structural defects. The use of light ions such as H+ and He+ with MeV energies allows penetration to a depth of several microns in most materials producing strong luminescence to gain information on the defect structures present. Examples of ionoluminescence spectra of silicates for ceramic uses are included such as Mn2+-Fe3+ coupled pairs in quartz, Dy3+ in zircon, hatch-twinning in microcline and spontaneous strain and sodium in albite. In cryogenic thermal conditions tectosilicates display both, reorganization of Mn2+ and Fe3+ centres plus a large enlargement of the UV-blue emissions by stress mechanisms. Nesosilicates, i.e., zircon, shows differences such as existence of REE and (Dy3+) and a selective reduction of some UV-blue peaks, e.g., at 340 and 400 nm.
Key words:
Ionoluminescence, rose-quartz, zircon, albite, microcline
883-890
L. TÉLLEZ (1), F. RUBIO (2), R. PEÑA-ALONSO (2), J. RUBIO (2)
(1) Departamento de Metalurgia y Minerales, ESIQIE-Instituto Politécnico Nacional, UPALM-Zacatenco, México. e-mail: icvt343@icv.csic.es
(2) Departamento de Química-Física de Superficies y Procesos. Instituto de Cerámica y Vidrio. CSIC. Campus Cantoblanco. 28049 Madrid.
Se han preparado materiales híbridos por medio de reacciones de hidrólisis y condensación de alcóxidos de Si y Ti (TEOS y TBT, respectivamente) y de reacciones de copolimerización de éstos con polidimetilsiloxano (PDMS). Se han estudiado las citadas reacciones mediante espectroscopia FT-IR, desde el mismo comienzo hasta la obtención del material final. La hidrólisis del TEOS así como la autocondensación del os grupos Si-OH generados tanto para formar cadenas entrecruzadas como lineales se han seguido mediante las bandas situadas a 880, 1180 y 1150 cm-1, respectivamente. La policondensación de dichos grupos con PDMS se ha seguido por la banda a 850 cm-1. Por otro lado, la hidrólisis del TBT y la autocondensación de grupos Ti-OH se han seguido por la banda situada a 1130 y por la variación de la absorbancia en la región espectral 770-510 cm-1, respectivamente. La formación de enlaces Si-O-Ti por condensación de grupos Si-OH y Ti-OH se ha seguido mediante la banda a 936 cm-1. Los resultados obtenidos han mostrado que las reacciones de hidrólisis y policondensación dependen de la concentración de TBT en el medio de reacción. La formación de estructuras entrecruzadas de enlaces Si-O-Si se ve favorecida por el TBT, si bien por el contrario éste impide la reacción de copolimerización TEOS-PDMS. La autocondensación de grupos Si-OH y Ti-OH es muy rápida dando lugar a enlaces Si-O-Si y Ti-O-Ti, respectivamente. También se forman enlaces Si-O-Ti en los comienzos de la reacción, sin embargo éstos tienden a desaparecer en el transcurso de la misma. Finalmente se ha estudiado la variación de la concentración de cadenas cíclicas y lineales de PDMS durante toda la reacción.
Palabras clave:Ormosil, sol-gel, hidrólisis, condensación, FT-IR.
FT-IR spectroscopy study of the reaction of obtention of hybrid materials
Hybrid materials have been prepared in this work through the reactions of Si and Ti alkoxides (TEOS and TBT, respectively) and polydimethil siloxane (PDMS). These reactions have been studied by means of FT-IR spectroscopy during the whole reaction time. The hydrolysis of TEOS molecule has been followed by the 880 cm-1 band, and the self-condensation reactions through the 1180 and 1150 cm-1 bands. Polycondesation reaction between Si-OH groups and PDMS molecules has been followed by the 850 cm-1 band. On the other hand, the hydrolysis reaction of TBT and the self-condensation of Ti-OH groups have been followed by the 1130 and 770-510 cm-1 bands, respectively. Finally the condensation reaction between Si-OH and Ti-OH groups have been studied by the 936 cm-1 band. Results have shown that hydrolysis and condensation reactions are depending on TBT concentration. The formation of Si-O-Si cross-linked structures increases with the TBT concentrations in the reaction. The self-condensation reaction of Si-OH grups or Ti-OH grous is very reapid forming Si-O-Si and Ti-O-Ti bonds, respectively. However, the Si-O-Ti bonds which are formed during the first moments of reaction are also rapidly broken due to H2O molecules or the reaction medium. The evolution of PDMS linear and cyclic molecules is also studied.
Key words:
Ormosil, sol-gel, hydrolysis, condensation, FT-IR.
4
725-731
D. Mesonero-Romanos1, J.F. Fernández2, M. Villegas2, R. Ceres1, E. Rocon, J.L. Pons1
1Instituto 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
En general, al clasificar los actuadores piezoeléctricos, se puede hablar de motores de respuesta resonante o forzada. Dentro de los motores resonantes, cabe destacar los motores, tanto lineales como rotativos, de onda viajera. En estos dispositivos existe una serie de hechos diferenciadores con respecto a cualquier otro tipo de dispositivos piezoeléctricos que los hacen relativamente más complejos: problemas de contacto intermitente entre sólidos, oscilación sincronizada en ejes perpendiculares, excitación en régimen próximo a la resonancia. Todos estos aspectos han limitado la aplicación de este tipo de actuadores, si bien sus características de accionamiento silencioso, con elevado par de salida y su construcción compacta los hacen adecuados para numerosas aplicaciones. Por otro lado, los actuadores piezoeléctricos con excitación forzada, por el hecho de que no existe amplificación de su movimiento en resonancia, se han empleado en aquellas aplicaciones en las que se requiere posicionamiento ultrapreciso con niveles de esfuerzo medios. Entre estos dispositivos cabe resaltar los actuadores lineales multicapa y cíclicos. El presente trabajo pretende recoger, tras analizar las principales características de los actuadores resonantes y forzados, las aplicaciones que es previsible se desarrollarán en los próximos años. Con el fin de resaltar los pasos necesarios hasta alcanzar su aplicación comercial, analizaremos las líneas de trabajo que en el pasado y actualmente se han identificado como más relevantes y se indicará su posible evolución en el futuro.
Palabras clave:motores piezoeléctricos, actuadores electrocerámicos, motores resonantes, FEM
Comparison between mechanical displacement electroceramic systems: Piezoelectric motors and actuators
Piezoelectric motors can be classified as resonant or forced response motors. As to resonant motors, travelling wave motors, either rotary or lineal must be highlighted. These devices have several features that make them different as compared to any other type of piezoelectric devices. In general, they are comparatively more complex since they include intermittent contact problems between solids, synchronized oscillations in perpendicular axes, and excitation close to the resonance. All these features have limited the application of this kind of actuators, even though some functional characteristics, as noiseless operation, high torque range and their compact construction have made them suitable for several applications. On the other hand, piezoelectric actuators with forced excitation, due to their non-existence movement amplification in the resonance, have been used in applications where an ultra-accurate positioning is required with intermediate levels of force. Lineal multilayer and cyclic actuators must be identified as classical forced actuators.
The aim of this paper is to summarize, analyzing the main features of the resonant and forced actuators, the applications where this type of motors will be used in the future. With the intention of remark the steps needed to achieve the commercial application, past and nowadays most important researching lines will be studied and a possible evolution in the future will be pointed out.
Key words:
Piezoelectric motors, electro-ceramic actuators, resonant motors, EMF.
732-735
O. Peña, D. Gutiérrez*, P. Durán*, C. Moure*
Laboratoire de Chimie du Solide et Inorganique Moléculaire, UMR 6511. CNRS - Univ. de Rennes 1 - Institut de Chimie de Rennes, 35042 Rennes cedex, FRANCE
*Instituto de Cerámica y Vidrio, CSIC, Departamento de Electrocerámica, Campus Universidad Autónoma de Madrid, 28049 Cantoblanco, Madrid, SPAIN
Se han investigado las propiedades magnéticas de la solución sólida YCuxMn1-xO3 para todo el rango de posibles sustituciones 0.30 ≤ x(Cu) ≤ 0.50. Las medidas de susceptibilidad χa.c. señalan la presencia de ínfimas cantidades de la fase antiferromagnética Y2Cu2O5, la que no modifica las propiedades globales de la solucion sólida. El momento magnético total del estado paramagnético decrece monótonamente con x(Cu). El momento magnético promedio por ion Mn fue estimado después de sustraer la contribución del cobre, dando un valor aproximado de 4.4 µB, independiente de la concentración en cobre ; este valor corresponde al momento magnético esperado para 50 % Mn3+ y 50 % Mn4+. Una transición paramagnética hacia un estado antiferromagnético es observada a TNéel = 21 K, independiente de la composición. Los estudios a bajas temperaturas, realizados mediante ciclos ZFC/FC y de magnetización M(H), corroboran la idea de interacciones antiferromagnéticas en estos compuestos. Una pequeña componente ferromagnética es observada en los ciclos de magnetización realizados a 5K, indicando que el estado ordenado es principalmente de tipo antiferromagnético, con una componente inclinada despreciable, la que da lugar a un campo coercitivo muy pequeño (aprox. 800 Oe). Medidas preliminares por difracción de neutrones no indican ninguna estructura magnética específica, eliminando la posibilidad de interacciones de largo alcance.
Palabras clave:perovskitas, interacciones de canje, antiferromagnetismo, efectos de la sustitución
Magnetic properties of manganese-site substituted Y(Cu,Mn)O3
The magnetic properties of the solid solution YCuxMn1-xO3 have been investigated in the whole range of possible substitutions 0.30 ≤ x(Cu) ≤ 0.50. The χa.c. data showed the presence of minute amounts, undetectable by X-ray diffraction, of the antiferromagnetic Y2Cu2O5 phase, which did not interfere with the overall magnetic behavior of the solid solution. The total effective moment of the paramagnetic state decreases continuously with x(Cu). The average moment per Mn ion was estimated after subtraction of the copper contribution, giving approximately 4.4 µB, independent of the Cu concentration ; this value corresponds to the magnetic moment expected for 50 % Mn3+ and 50 % Mn4+. A paramagnetic-to-antiferromagnetic transition is observed at TNéel = 21 K, also compositional-independent. The low temperature state, studied by ZFC/FC cycles and M(H) loops, reinforce the idea of antiferromagnetic interactions in these compounds. A very small ferromagnetic component giving rise to low coercive fields of the order of 800 Oe, was present for all Cu concentrations. Additional nuclear powder diffraction measurements show no specific magnetic structure, suggesting short range interactions.
Key words:
perovskites, magnetic exchange, antiferromagnetism, substitution effects
736-739
O. Peña, V. Bodenez, T. Guizouarn, E. Meza*, J.L. Gautier*
Laboratoire de Chimie du Solide et Inorganique Moléculaire, UMR 6511. CNRS - Université de Rennes 1 - Institut de Chimie de Rennes, 35042 Rennes cedex, FRANCE
*Departamento de Química de Materiales. Facultad de Química y Biología. Universidad de Santiago de Chile (USACH). Santiago, CHILE
Se ha caracterizado por técnicas magnéticas, el efecto de la sustitución parcial de Co por elementos de transición 3d o 4d (Fe, Ni, Cu, Cr, Mo) en celdas LiCo2O4 a base de litio. El compuesto no sustituído LiCo2O4, se comporta como un antiferromagneto de temperatura de Néel TN de 30 K, aunque existen interacciones antiferromagnéticas mucho más importantes, como lo indica un parámetro de Weiss Θ del orden de -225K. En la solución sólida Li(NixCo2‑x)O4, el parámetro de Weiss Θ cambia con x(Ni), alcanzando valores positivos altos (e.g., Θ ~ +230K, para x=0.5). Este fenómeno sugiere la existencia de una estructura antiferromagnética inclinada (“AF-canted”) o de una estructura ferrimagnética, donde predominan componentes ferromagnéticas importantes. La sustitución del cobalto por otros elementos de transición 3d o 4d en la serie LiMe0.5Co1.5O4 muestra un efecto dramático con respecto al compuesto no sustituído LiCo2O4 : el cobre suprime completamente el orden magnético, mientras que el hierro incrementa su TN, hasta alcanzar prácticamente la temperatura ambiente. La sustitución del cobalto por el molibdeno no produce modificaciones, mientras que el cromo transforma el orden antiferromagnético en un orden ferromagnético, con una Tc de alrededor 90 K.
Palabras clave:oxidos magnéticos, espinelas, interacciones de canje, baterías a base de litio
Influence of the cation substitution on the magnetic properties of LiCo2O4 and Li(Me,Co)2O4 spinels
Lithium-based cells LiCo2O4 have been characterized by magnetic techniques, looking at the influence of the partial substitution of cobalt by 3d or 4d transition metal elements (Fe, Ni, Cu, Cr, Mo). The non-substituted compound LiCo2O4 behaves as an antiferromagnet, with a Néel temperature TN of 30 K, although antiferromagnetic interactions are much more important, as suggested by a Weiss parameter Θ of the order of ‑225 K. In the solid solution Li(NixCo2‑x)O4 the Weiss parameter Θ changes with x(Ni), reaching large positive values (e.g., Θ ~ +230 K, for x = 0.5). This phenomenon suggests the existence of a canted‑antiferromagnetic or ferrimagnetic structures with large ferromagnetic components. Substitution of cobalt by other 3d or 4d transition metals in the LiMe0.5Co1.5O4 series shows dramatic effects with respect to the non-substituted LiCo2O4 compound : copper completely suppresses the magnetic order, while iron increases TN to almost room temperature. No modifications are observed when molybdenum substitutes cobalt, while chromium transforms the AF order in a ferromagnetic one, with Tc of about 90 K.
Key words:
magnetic oxides, spinels, magnetic exchange, lithium-based batteries
740-744
H. Ávila1, A. M. Cruz1, M. Villegas2, A. C. Caballero2, J. E. Rodríguez-Páez1
1Grupo CYTEMAC - Departamento de Física. Universidad del Cauca. Calle 5 N° 4 - 70 Popayán – Cauca. Colombia
2Departamento de Electrocerámica – Instituto de Cerámica y Vidrio - CSIC. 28049 Cantoblanco. Madrid. España.
Los polvos cerámicos de ZnO - Pr2O3 - CoO son utilizados como materia prima para la fabricación de varistores. Estos dispositivos presentan una característica corriente - voltaje altamente no lineal que permiten su uso como conmutadores de estado sólido con capacidad de manejar altas energías. La discusión de las propiedades de los varistores no se puede realizar de manera separada de una discusión sobre su microestructura ya que ésta se puede considerar como un medio a través de la cual aquellas se manifiestan. Con el fin de optimizar las propiedades de los varistores de ZnO es necesario establecer un adecuado control sobre la composición del sistema, la naturaleza de los dopantes, métodos de síntesis y condiciones de sinterización. Concretamente, en métodos de síntesis, se han realizado muchos esfuerzos para desarrollar procesos que permitan obtener partículas con tamaño y morfología determinada y que se pueda garantizar su reproducibilidad. En este trabajo se estudiaron dos procesos de síntesis, co-precipitación y precursor polimérico, para la obtención de polvos cerámicos del sistema Zn-Pr-Co. Se analizaron los principales fenómenos fisicoquímicos que ocurren durante su desarrollo y se caracterizaron las muestras en polvo obtenidas utilizando Difracción de Rayos - X (DRX), Análisis Térmico Diferencial (ATD) y Microscopía Electrónica.
Palabras clave:Síntesis; varistores; coprecipitación, precursor polimérico; ZnO
Comparative study of two synthesis methods to obtain ZnO-Pr2O3-CoO ceramic powders
Zinc oxide containing rare earth metal and Cobalt oxide are utilized as raw material to make varistors. Some of systems were found to exhibit non-ohmic current-voltaje characteristics and they are applicable not only for low voltaje devices but also for hight voltaje electric power stations. The microstructure of ZnO varistor can be considered as a vehicle thorugh which all of these properties ara manifested. Therefore, a discussion of the microstructure cannot be separated from a discussion of the properties. Fine particle dimensions and a narrow size distribution are often important aims when fabricating a ceramic material of a desired microstructure. Chemical methods give the ability to produce powders with an exceptionally small size in the nanometer range. In this paper we report the production of nanosized ZnO, doped with cobalt and Praseodymium oxides, using co-precipitation reaction and metallorganic polymeric method.
Adequate description of synthesis methods and the characterization of ceramic powders obtained are show.
Key words:
Synthesis; Varistors; Coprecipitation; Polymeric precursor; ZnO.
745-747
M. A. de la Rubia, M. Peiteado, J. F. Fernández, A. C. Caballero
Dpto. de Electrocerámica, Instituto de Cerámica y Vidrio, Camino de Valdelatas s/n, Campus de Cantoblanco 28049 Madrid, España.
Los materiales cerámicos basados en el sistema binario ZnO-Bi2O3 tienen su principal aplicación en el campo de los varistores. El sistema binario ZnO-Bi2O3 resulta especialmente relevante para la formación de la microestructura funcional de varistores. La determinación de las diferentes fases en equilibrio a alta temperatura en la región rica en Bi2O3 en el sistema binario ZnO-Bi2O3 permitirá interpretar correctamente el desarrollo microestructural. El estudio de las fases en equilibrio se ha llevado a cabo mediante difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido (MEB) y análisis térmico diferencial (ATD). Tratamientos a diferentes temperaturas, en la zona rica en Bi2O3 del sistema, han permitido determinar la presencia del compuesto 19Bi2O3·ZnO como fase estable en equilibrio, en lugar del compuesto 24Bi2O3·ZnO.
Palabras clave:diagrama de fases, varistores, microestructura
Study at the Bi2O3-rich region of the ZnO- Bi2O3 system
Ceramic materials based in the ZnO- Bi2O3 system have their principal application as varistors. The binary system ZnO-Bi2O3 is specially relevant to the formation of the microstructure responsable of the varistor behaviour. The study of the different equilibrium phases at high temperatures at the Bi2O3-rich region of the ZnO-Bi2O3 will allow a correct understanding of the microstructural development. Equilibrium phases have been analyzed by XRD, SEM and DTA.
Different temperature treatments of samples formulated in the Bi2O3 rich region of the ZnO-Bi2O3 binary system have allowed to determine the phase 19Bi2O3·ZnO as the equilibrium one instead of the 24Bi2O3·ZnO phase.
Key words:
phases diagrams, varistors, microstructure
748-752
M. Sánchez-Andújar, S. Yáñez, A. Castro, S. Castro-García, M. A. Señarís-Rodríguez
Dpto. Química Fundamental, Universidad de A Coruña, 15071 A Coruña
M. Sánchez-Andújar, S. Yáñez, A. Castro, S. Castro-García, M. A. Señarís-Rodríguez
Dpto. Química Fundamental, Universidad de A Coruña, 15071 A Coruña
Palabras clave: fases Ruddlesden-Popper, óxidos mixtos de cobalto, compuestos de tierras raras, caracterización estructural.
Synthesis and characterization of quasi-bidimensional cobalt oxides Ln1-xSr1+xCoO4 (Ln= La, Nd y Gd)
By using the nitrate decomposition method in the presence of KNO3, we have been able to enlarge the compositional range of the cobalt-layered compounds Ln1-xSr1+xCoO4 (Ln: La, Nd, Gd) to 0≤x≤0.40 in the case of lanthanum, to 0≤x≤0.30 for neodymium, and to 0≤x≤0.20 in the case of gadolinium. In this work we present the results of their structural characterization by means of powder X-ray diffraction (PXD) and Rietveld analysis as a function of composition (x) and the rare earth (Ln), information that has been complemented by infrared spectroscopy (IR), electron diffraction (ED) and electron microscopy.
Key words:
Ruddlesden-Popper phases, Cobalt mixed-oxides, Rare-earth compounds, Structural Characterization.
753-758
M.J. López Robledo, A.R. Pinto Gómez, J. Martínez Fernández, A.R. de Arellano López, A. Sayir1
Dpto. Física de la Materia Condensada, Universidad de Sevilla, 41012 Sevilla, ESPAÑA
1Case-Wertern Reserve University, Cleveland, OH, USA
Se han estudiado conductores protónicos de alta temperatura (CPAT) fabricados por fusión de zona flotante asistida por láser (SrCe0.9Y0.1O3-δ, SrCe0.8Y0.2O3-δ, SrZr0.9Y0.1O3-δ, SrZr0.8Y0.2O3-δ, Sr3(Ca1.18Nb1.82)O9-δ y SrTi0.95Sc0.05O3-δ). La caracterización microestructural se ha realizado mediante Microscopía Electrónica de Barrido y Transmisión (MEB, MET). Los materiales tienen una estructura celular, con células de anchuras entre 10-50 µm y regiones intercelulares superiores a 1 µm de espesor. El análisis de difracción indica que las células son cristalinas y que la región intercelular es amorfa. La MET revela que las células presentan múltiples defectos planares, separadas por regiones rotadas con la misma estructura cristalográfica. Las propiedades mecánicas a altas temperaturas fueron estudiadas a partir de ensayos de compresión bajo velocidad de deformación y carga constantes. Nuestros materiales resisten tensiones de 500 MPa a 700 ºC, 400 MPa a 1100 ºC y 370 MPa a 1300 ºC, observándose deformación plástica a 1100 ºC y 1300 ºC. El mejor comportamiento mecánico fue obtenido para los sistemas Sr3(Ca1.18Nb1.82)O9-δ_ y SrZr0.9Y0.1O3-δ. Las tensiones y resistencias en fluencia de estos sistemas son mejores que las de las cerámicas policristalinas CPAT de similar estructura y composición. Después de los ensayos mecánicos, las muestras fueron estudiadas por MEB y MET. La fractura comenzó a propagarse siguiendo las regiones intercelulares. En las muestras deformadas plásticamente se detecta la actividad de dislocaciones.
Palabras clave: conductor protónico, solidificación direccional, alta temperatura, propiedades mecánicas.
Microstructure and mechanical properties of high temperature protonic conductors fabricated by melt growth
High temperature protonic conductors (HTPC) were successfully fabricated by melt growth using the laser heated floating zone method (SrCe0.9Y0.1O3-δ, SrCe0.8Y0.2O3-δ, SrZr0.9Y0.1O3-δ, SrZr0.8Y0.2O3-δ, Sr3(Ca1.18Nb1.82)O9-δ and SrTi0.95Sc0.05O3-δ). Microstructural characterization was performed by scanning and transmission electron microscopy (SEM, TEM). The materials have a cellular microstructure, with cell width ranging between 10-50 µm and intercellular regions up to 1 µm thick. The diffraction analysis indicates that the cells are crystalline, and the intercellular regions are amorphous. TEM reveals that the cells present multiple planar defects, separating rotated regions with of same crystallographic structure. The high temperature mechanical properties were studied by compression tests performed under constant strain rate and constant load. Remarkable high temperature strengths of 500 MPa at 700 oC, 400 MPa at 1100 oC and 370 MPa at 1300 oC were measured, being the plastic deformation evident at 1100 ºC and 1300 ºC. The best mechanical behavior was obtained for the systems Sr3(Ca1.18Nb1.82)O9-δ and SrZr0.9Y0.1O3-δ. The strengths and creep resistance of these systems are better than the ones of polycrystalline HTPC ceramics of similar structure and composition. After the mechanical tests, the samples were studied by SEM and TEM. The fracture started to propagate following the intercellular regions. In the plastically deformed samples, dislocation activity was found.
Key words:
protonic conductors, directional solidification, high temperature, mechanical properties.
759-763
K. J. Moreno1,2, G. Mendoza-Suárez1, A. F. Fuentes1, J. García-Barriocanal2, C. León2, J. Santamaría2
1CINVESTAV-IPN Unidad Saltillo. Apdo postal 663, 25000 Saltillo, Coahuila. México.
2GFMC. Dpto Física Aplicada III. Facultad de Física. Universidad Complutense Madrid. 28040 Madrid. España.
Presentamos un estudio de la conductividad iónica en las series Y2Ti2-yZryO7 y Gd2Ti2-yZryO7 (0≤y≤2) obtenidas por síntesis mecanoquímica. Se presenta un estudio de la dinámica de iones oxígeno en estos materiales mediante la técnica de Espectroscopia de Admitancias. La variación con el contenido en Zr de la conductividad dc y de su energía de activación se interpreta en términos del aumento tanto del número de vacantes de oxígeno como del desorden en la estructura al aumentar el contenido en Zr.
Palabras clave:Movilidad iónica, pirocloros, síntesis mecanoquímica, espectroscopia de impedancia.
Oxygen mobility in A2Ti2-yZryO7 (A: Y, Gd) ionic conductors
We report a study of ionic conductivity in the series Y2Ti2-yZryO7 and Gd2Ti2-yZryO7 (0≤y≤2) obtained by mechanochemical synthesis. We present a study of oxygen ion dynamics in these materials by Impedance Spectroscopy. The change in dc conductivity and activation energy with Zr content is interpreted in terms of the increase in the number of oxygen vacancies and of structural disorder when increasing Zr content.
Key words:
Ionic mobility, pyrochlores, mechanochemical synthesis, impedance spectroscopy.
764-768
L. Mestres, M. L. Martínez-Sarrión, F. J. Lepe
Departament de Química Inorgànica, Universitat de Barcelona, Martí i Franquès 1-11, 08028 Barcelona
Se han optimizado las condiciones para la deslitiación de compuestos de fórmula general La2/3-xLi3xTiO3 así como las de la posterior termólisis de compuestos de fórmula general La2/3-xTiO3-3x(OH)3x. En ambos procesos se mantiene la estructura perovskita cúbica Pm3m. Estudios preliminares de conductividad eléctrica indican que los compuestos La2/3-xTiO3-3x/2 obtenidos mediante química suave a partir de la perovskita de lantano y litio se comportan como semiconductores.
Palabras clave:perovskitas, química suave, vacantes de oxígeno
Optimization of a new method to prepare perovskite type mixed oxides with oxygen vacancies
The conditions of both the delithiation of compounds of general formula La2/3-xLi3xTiO3, and the thermolisis of compounds of general formula La2/3-xTiO3-3x(OH)3x have been optimised. In both processes the cubic perovskite structure Pm3m is maintained. Preliminary studies of the electrical conductivity show that the La2/3-xTiO3-3x/2 compounds obtained through soft chemistry from lanthanum and lithium perovskite, behave as semiconductors.
Key words:
perovskites, soft chemistry, oxygen vacancies
769-774
A.A.Yaremchenkoa , A.L.Shaulaa, V.V.Khartona,b, A.V.Kovalevskyb, E.N.Naumovicha,b, J.R.Fradea, F.M.B.Marquesa
a Department of Ceramics and Glass Engineering, CICECO, University of Aveiro, 3810-193, Aveiro, Portugal
b Institute of Physicochemical Problems, Belarus State University, 14 Leningradskaya Str., 220050, Minsk, Belarus
El dopado aceptor de cerámicas tipo perovskita La1-xSrxGa0.80-yMgyM0.20O3-δ (x = 0-0.20, y = 0.15-0.20, M = Fe, Co, Ni) da lugar a una mejora significativa de la conductividad iónica y de la permeabilidad al oxígeno debido al aumento de la concentración de vacantes de oxígeno. Sin embargo, el aumento de la cantidad de estroncio y magnesio viene acompañado de un aumento de la participación de las cinéticas de intercambio superficial como factor limitante de la permeabilidad. A temperaturas por debajo de 1223 K la permeabilidad al flujo de oxígeno a través de las membranas de La(Sr)Ga(Mg,M)O3-δ con espesor menor de 1.5 mm está limitado principalmente por las velocidades de intercambio en la superficie de la membrana. El transporte de oxígeno en las cerámicas La(Sr)Ga(Mg)O3-δ que contienen M aumenta en la secuencia Co < Fe < Ni. La conductividad iónica en estas fases es, sin embargo, menor que en la de los compuestos La1-xSrxGa1-yMgyO3-δ. El mayor nivel de permeabilidad de oxígeno, comparable a la de las fases basadas en La(Sr)Fe(Co)O3 y La2NiO4, se observa para las membranas de La0.90Sr0.10Ga0.65Mg0.15Ni0.20O3-δ. Los coeficientes de dilatación térmica medios de las cerámicas La(Sr)Ga(Mg,M)O3-δ en aire son del orden de (11.6–18.4) × 10-6 K-1 a 373-1273 K. El dopado de LaGa0.65Mg0.15Ni0.20O3-δ con praseodimio da lugar a un incremento moderado de los flujos de permeabilidad, menor dilatación térmica y una mejor estabilidad de fase en entornos reductores.
Palabras clave:membrana cerámica, conductor mixto, perovskita, galato de lantano, permeabilidad de oxígeno
Oxygen permeability of transition metal-containing La(Sr,Pr)Ga(Mg)O3-δ ceramic membranes
Acceptor-type doping of perovskite-type La1-xSrxGa0.80-yMgyM0.20O3-δ (x = 0-0.20, y = 0.15-0.20, M = Fe, Co, Ni) leads to significant enhancement of ionic conductivity and oxygen permeability due to increasing oxygen vacancy concentration. The increase in strontium and magnesium content is accompanied, however, with increasing role of surface exchange kinetics as permeation-limiting factor. At temperatures below 1223 K, the oxygen permeation fluxes through La(Sr)Ga(Mg,M)O3-δ membranes with thickness less than 1.5 mm are predominantly limited by the exchange rates at membrane surface. The oxygen transport in transition metal-containing La(Sr)Ga(Mg)O3-δ ceramics increase in the sequence Co < Fe < Ni. The ionic conduction in these phases is, however, lower than that in the parent compounds, La1-xSrxGa1-yMgyO3-δ. The highest level of oxygen permeation, comparable to that of La(Sr)Fe(Co)O3- and La2NiO4-based phases, is observed for La0.90Sr0.10Ga0.65Mg0.15Ni0.20O3-δ membranes. The average thermal expansion coefficients of La(Sr)Ga(Mg,M)O3-δ ceramics in air are in range (11.6–18.4) × 10-6 K-1 at 373-1273 K. Doping of LaGa0.65Mg0.15Ni0.20O3-δ with praseodymium results in moderate increase of the permeation fluxes, lower thermal expansion and an improved phase stability in reducing environments.
Key words:
ceramic membrane, mixed conductor, perovskite, lanthanum gallate, oxygen permeability
775-779
R.O. Fuentes1, D.G. Lamas1, M.E. Fernandez de Rapp1, F.M. Figueiredo2,3, J.R. Frade2, F.M.B. Marques2, J.I. Franco1
1 CINSO-CITEFA-CONICET, J.B de La Salle 4397, B1603ALO Villa Martelli, Buenos Aires, Argentina.
2 Ceramic and Glass Engineering Department, CICECO, University of Aveiro 3810-193 Aveiro, Portugal
3 Science and Technology Dep., Universidade Aberta, R. da Escola Politécnica 147, 1269-001 Lisbon, Portugal
Polvos de ZrO2 monoclínica altamente reactivos fueron mezclados con Na3PO4•12H2O y SiO2 amorfo en cantidades apropiadas para obtener Na3Zr2Si2PO12. Las mezclas fueron calcinadas a diferentes temperaturas (Tcalc) y diferentes tiempos (tcalc) y caracterizadas por SEM y DRX. Líneas características del NASICON no son detectadas a Tcalc=900°C y a tiempos de calcinado relativamente cortos (< 2h). A 1100°C, la presencia de picos de NASICON de baja intensidad indica los primeros momentos de la reacción de formación, la cual es significativamente mejorada cuando Tcalc es aumentada a 1200 y 1300°C. Para altas temperaturas (<1300ºC), se sugiere una aparente disminución de la velocidad de reacción. Por otra parte, la intensidad de los picos de ZrO2 sufren una drástica disminución cuando Tcalc varía desde 900 a 1300°C, seguido de un leve incremento a Tcalc=1400°C. Los estudios fueron realizados manteniendo condiciones isotérmicas a 1100, 1200 y 1300°C durante 0,5, 1, 2, 4, 8 y 16 h. En las tres temperaturas, el aumento de tcalc hasta 4 h conduce a un marcado aumento de la intensidad de las líneas características del NASICON, mientras que las correspondientes a mZrO2 disminuyen. Un “plateau” es observado a valores altos de tcalc, lo que sugiere que un equilibrio está siendo alcanzado. La utilización de polvos altamente reactivos de ZrO2 tetragonal (termodinámicamente inestable a baja temperatura) mejoró claramente la extensión y la cinética de reacción a temperaturas moderadas, conduciendo a la formación de un producto monofásico.
Palabras clave:NASICON, microestructura, reacción de estado sólido, XRD.
Restrictions to obtain NASICON by a ceramic route
Highly reactive monoclinic ZrO2 powders were mixed with Na3PO4•12H2O and amorphous SiO2 in the stoichiometric quantities to obtain Na3Zr2Si2PO12. The mixtures were calcined at different temperatures (Tcalc) and for variable periods of time (tcalc). Their morphology was analysed by SEM and the composition by powder XRD. NASICON reflections are not detected for Tcalc=900°C and for relatively short tcalc values of 2 h. At 1100°C, the onset of low intensity NASICON peaks indicate the early stages of the formation reaction which is significantly enhanced when Tcalc increases up to 1200 and 1300°C. For higher temperatures, an apparent decrease of the reaction rate is suggested. On the other hand, the intensities of the ZrO2 peaks suffer a drastic decrease when Tcalc varies from 900 to 1300°C, followed by a slight increase for Tcalc=1400°C. The studies were extended for mixtures kept in isothermal conditions at 1100, 1200 and 1300°C during 0.5, 1, 2, 4, 8 and 16 h. In the three temperatures, the increase of the tcalc up to ca. 4 h leads to a significant increase in the intensity of the NASICON reflections while that of mZrO2 decreases. A plateau is apparent for higher tcalc values suggesting that equilibrium may be attained. The use of a highly reactive tetragonal zirconia powder (also thermodynamically unstable at low temperature) clearly improved the overall reaction extension and kinetics at moderate temperatures, yielding a single phase product.
Key words:
NASICON, microstructure, solid state reaction, XRD
780-786
S. Castro‑García1, M. A. Señarís‑Rodríguez1, A. Castro‑Couceiro1, C. Julien2
1Dpto. Química Fundamental, Universidade da Coruña, Facultade de Ciencias, A Zapateira, 15071 A Coruña
2LMDH, UMR 7603, Université Pierre et Marie Curie, 4 Pl. Jussieu, 75252 París
En este trabajo preparamos, mediante un método sol‑gel, óxidos LiCo1‑xMxO2 dopando LiCoO2 con Ni, Al y Mg, con el fin de comprobar la influencia del catión dopante y del grado de dopaje en su comportamiento electroquímico como cátodos de baterías de litio. Estudiamos la influencia de las condiciones de síntesis (utilizando diferentes agentes quelatantes para la formación del gel) en las propiedades morfológicas y estructurales de los materiales obtenidos, que condicionan, a su vez, su comportamiento electroquímico. Se obtuvieron muestras monofásicas para distintos grados de dopaje: LiCo1‑xNixO2 (0≤x≤0.8), LiCo1‑xMgxO2 (0≤x≤0.05), LiCo1‑xAlxO2 (0≤x≤0.3) y LiCo0.5Ni0.5‑xAlxO2 (0≤x≤0.3). En general, se logra un mejor orden catiónico en la estructura utilizando ácido succínico como agente quelatante que utilizando ácido málico. Los estudios electroquímicos muestran que los tres dopantes (Ni, Mg y Al) provocan una disminución de la capacidad de las baterías, pero contribuyen a mantener la estabilidad de la estructura de los cátodos LiCo1‑xMxO2 a lo largo del ciclaje. En el caso de LiCo1‑xMgxO2, la aparición de MgO como fase secundaria para 0.05<x<0.1 no empeora su comportamiento electroquímico, sino que incluso parece contribuir a mantener la capacidad tras varios ciclos. En LiCo1‑xAlxO2 y LiCo0.5Ni0.5‑xAlxO2 se ha comprobado que la mejora de la bidimensionalidad de la estructura y la disminución del tamaño de partícula al aumentar el grado de dopaje, favorecen la difusión de litio durante el funcionamiento de las baterías.
Palabras clave:Baterías de litio, cátodos, método sol‑gel, LiCoO2, LiCo1‑ xMxO2
Influence of the synthesis and doping on the morphologic, structural and electrochemical properties of LiCo1‑ xMxO2 (M=Ni, Al, Mg) oxides
In this work we have prepared, by a sol‑gel method, LiCo1‑ xMxO2 compounds (M= Ni, Al and Mg), in order to study the doping effect in their electrochemical behaviour as cathodes in lithium‑batteries. We have studied the influence of the synthesis conditions (using various chelating agents for the formation of the gel) on their morphologic, structural and electrochemical properties. We have obtained monophasic materials: LiCo1‑xNixO2 (0≤x≤0.8), LiCo1‑xMgxO2 (0≤x≤0.05), LiCo1‑xAlxO2 (0≤x≤0.3) and LiCo0.5Ni0.5‑xAlxO2 (0≤x≤0.3). In general, the samples obtained with succinic acid have better ordered lithium layers than malic samples.The capacity of the Li//LiCo1‑ xMxO2 batteries decrease upon doping. However, more stable charge‑discharge cycling performances have been obtained as compared to those displayed by the native oxides. In LiCo1‑xMgxO2, small amounts of MgO appear as secondary phases for 0.05<x<0.1. However, these samples show a good electrochemical behaviour and it is interesting that the sample with x=0.1 exhibits a lower capacity fading than the undoped sample after the first 30 cycles. The most important effects of the Al‑doping in LiCo1‑xAlxO2 and LiCo0.5Ni0.5‑xAlxO2 are that it increases the bidimensionality of the structure and decreases the particle size; both effects favour the Li‑ion diffusion during the charge‑discharge process.
Key words:
Lithium batteries, cathodes, sol‑gel method, LiCoO2, LiCo1‑ xMxO2
787-791
J.A. Badenes, P. Benet, S. Sorli, M.A. Tena, G. Monrós
Unidad de Química Inorgánica Medioambiental y Materiales Cerámicos. Universitat Jaume I. Campus Riu Sec s/n.12071-Castellón (Spain).
Se ha estudiado el efecto del método de preparación, incluyendo el método cerámico tradicional y varios métodos sol-gel, sobre las composiciones (ZrO2)0.92(Y2O3)0.04 y (ZrO2)0.82(Y2O3)0.04(Pr2O3)0.05. Los polvos calcinados a 500ºC se tamizaron a 60 µm, se prensaron uniaxialmente y se sinterizaron a 1600ºC durante 2h. Los compactos resultantes se caracterizaron mediante XRD, SEM-EDX, medidas de densidad, tenacidad y microdureza Vickers. Los resultados indican que en las muestras coloidales se estabiliza el polimorfo tetragonal de la circona mostrando la mejor densificación y el mejor comportamiento en conductividad eléctrica. Las adiciones de praseodimio estabilizan la circona cúbica mejorando la microdureza y densificación del material.
Palabras clave:YSZ, Métodos no convencionales, praseodimio
Characterisation of Y-PSZ and PR-doped Y-PSZ obtained by unconventional methods for sofc applications
The effect of method of preparation, including the traditional ceramic method and several sol-gel methods have been studied on the molar composition (ZrO2)0.92(Y2O3)0.04 and (ZrO2)0.82(Y2O3)0.04(Pr2O3)0.05 praseodymium doped samples. Powder fired at 500ºC was sieved at 60 µm, uniaxialy pressed and fired at 1.600ºC for 2h. The resulting compacts were characterised by XRD, SEM-EDX, density measurements, toughness strength and Vickers microhardness. The results indicate that colloidal samples stabilises tetragonal zirconia polymorph showing the best densification and electrical conductivity behaviour, praseodymium addition stabilises cubic zirconia improving the microhardness and densification of the material.
Key words:
YSZ, Unconventional methods, praseodymium.
792-793
S. Sorlí , M. Llusar, J. Calbo, P. Benet, J. A. Badenes, M. A. Tena, G. Monrós
Química Inorgánica Medioambiental y Materiales Cerámicos. Dpto. Química Inorgánica y Orgánica. Universitat Jaume I. Castellón.
En este estudio se han sintetizado disoluciones sólidas (Cr,V,Ti)O2 con composiciones ricas en TiO2. Las muestras, crudas y después de cada calcinación, se han caracterizado a temperatura ambiente por difracción de rayos X, espectroscopia UV-V y microscopía eléctronica para confirmar la estabilidad de estas disoluciones sólidas con estructura rutilo a altas temperaturas (1400 ºC). Se han prensado pastillas con las muestras calcinadas a 1400 ºC y con ellas se han realizado medidas cualitativas del coeficiente de Seebeck y de impedancia compleja. En estos materiales, el comportamiento eléctrico corresponde a semiconducción eléctrica extrínseca tipo-p. La conductividad eléctrica de los mismos es superior a la obtenida en disoluciones sólidas V-TiO2 y aumenta con la cantidad de dopantes introducida en la matriz de TiO2.
Palabras clave:Conductividad, Rutilo, Vanadio, Cromo.
Electrical characterization of (Cr,V,Ti)O2 solid solutions with rutile-type structure
In this work (Cr,V,Ti)O2 solid solutions with rich-TiO2 compositions have been synthesized. Green samples and samples after each calcination have been characterized by X-Ray diffraction at room temperature, UV-V spectroscopy and electronic microscopy, in order to confirm the stability of these solid solutions with rutile-type structure at high temperatures (1400ºC). With the calcined samples at 1400ºC pellets were presses and Seebeck coefficient and complex impedance spectroscopy measurements were done. In these materials, the electrical behaviour corresponds to a extrinsic p-type semiconduction. The electrical conductivity is higher than that obtained in V-TiO2 solid solutions and it is enhanced with the amount of dopants in the TiO2 matrix.
Key words:
Conductivity, Rutile, Vanadium, Chrome.
796-800
R. Pozas1, M. P. Morales2, C. J. Serna2, M. Ocaña1
1 Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla (CSIC-UNSE), Américo Vespucio s/n, Isla de la Cartuja, 41092 Sevilla, Spain.
2 Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC), Cantoblanco, 28049 Madrid, Spain.
Se han obtenido nanopartículas aciculares de hierro por reducción térmica con hidrógeno de un precursor acicular de goetita que fue protegido frente a la sinterización por la adición de cationes Al mediante dopado durante su síntesis o por recubrimiento posterior, estudiándose la relación entre la microestructura y las propiedades magnéticas de las partículas finales de α-Fe con objeto de evaluar la eficacia de ambos métodos de protección. Los precursores uniformes de goetita y de goetita dopada con Al se prepararon por oxidación con aire de disoluciones de FeSO4 o de FeSO4 y Al(NO3)3, previamente precipitadas por la adición de Na2CO3, mientras que el recubrimiento con óxido de aluminio sobre las partículas de goetita fue llevado a cabo por un procedimiento de heterocoagulación. En ambos métodos de protección, los cationes aluminio estaban principalmente concentrados en las capas más externas de las partículas, tanto de los precursores de goetita como del hierro. Debido a este enriquecimiento en Al, se minimiza el crecimiento de los cristales de hierro durante el proceso de reducción resultando partículas de Fe con mayores valores de coercitividad y de cuadratura de la curva de histéresis. No obstante, las partículas de hierro protegidas mediante recubrimiento presentaban valores de coercitividad ligeramente mayores, probablemente debido a la mejor conservación de la morfología acicular en este caso.
Palabras clave: Aluminio, Goetita, Nanopartículas de hierro, Propiedades magnéticas
Nanopartículas aciculares de hierro protegidas frente a la sinterización con óxido de aluminio
Acicular iron nanoparticles have been obtained by thermal reduction with hydrogen of a goethite precursor protected against sintering with Al cations, either by doping during the synthesis or by a further coating and the relation between microstructure and magnetic properties of the final Fe particles has been studied in order to evaluate the efficiency of both protecting methods. Uniform goethite and Al-doped goethite precursors were prepared by oxidation with air of FeSO4 solutions, containing Al(NO3)3 when required, previously precipitated with Na2CO3, while the Al oxide coating on the undoped goethite precursor was carried out by heterocoagulation. In both protecting methods, Al cations were mainly concentrated in the particle outer layers of the goethite precursors and the final iron. Due to this Al enrichment, the growth of iron crystals during the reduction process is minimised resulting Fe particles with improved coercivity and squareness. Nevertheless, the coating procedure seems to be more effective giving rise to the iron particles with the largest coercivity, probably due to a better preservation of the acicular morphology in this case.
Key words:
Aluminium, Goethite, Iron nanoparticles, Magnetic properties
801-804
T. E. Novelo, O. Ceh, M. A. Pech-Canul, A. I. Oliva
Ctro. de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN Unidad Mérida, Dpto. de Física Aplicada, A.P. 73 Cordemex, 97310, Mérida Yucatán México.
En este trabajo se propone un método sencillo para el seguimiento del proceso de oxidación de capas delgadas de aluminio, basado en mediciones de la resistencia eléctrica usando la técnica de cuatro puntas en línea. Se presentan datos de cinética de crecimiento de la capa de óxido de aluminio para dos muestras recién depositadas a las que se aplicaron valores distintos de corriente. Los cambios de temperatura medidos fueron de 2 °C y 9 °C para corrientes aplicadas de 0.1 A y 0.2 A. Los datos muestran buen acuerdo con el modelo de Cabrera-Mott para oxidación de metales en baja temperatura. A partir de las curvas de crecimiento se obtuvieron valores de la barrera de energía (U) y del potencial electrostático (V), razonables con los reportados en la literatura. La muestra con mayor corriente aplicada se oxidó más rápido debido al efecto térmico ya que se estableció un mayor potencial electrostático a través de la capa de óxido. Este sencillo método de análisis puede ser de gran interés para el control del proceso de oxidación en metales.
Palabras clave:Al2O3, técnica de cuatro puntas, cinética de oxidación, oxido de aluminio, películas delgadas.
Kinetics of formation of Al2O3 on aluminum thin films studied by electrical measurements
In this work a simple method for monitoring the low temperature oxidation of aluminum thin films, which is based on measurements of electrical resistance using the four-probe technique, is proposed. Kinetic growth data of the aluminum oxide layer, obtained using different values of applied current on as-deposited metallic films is presented. The temperature gradient measured on the films were 2 °C and 9 °C when the corresponding applied currents were 0.1A and 0.2 A. The obtained data show a good agreement with the Cabrera-Mott`s model for low temperature oxidation of metals. From kinetic curves, values of the energy barrier (U) and of the electrostatic potential (V) were obtained, which are reasonable with the values reported in the literature. The sample with a larger current applied, exhibited a higher oxidation rate due to a thermal effect and by the larger electrostatic potential established across the oxide layer. This simple method can be interesting to monitoring and controlling the oxidation process.
Key words:
Al2O3 , four-probe technique, oxidation kinetic, aluminum oxide, thin films.
805-809
P. Quintana*, A. I. Oliva, F. Alonzo, J. E. Corona, W. Cauich
Cinvestav del IPN Unidad Mérida, Depto. de Física Aplicada, Km. 6 Antigua Carretera a Progreso, C.P. 97310, Mérida Yucatán, México.
Se estudió la evolución microestructural superficial, durante el paso de corriente eléctrica, en capas delgadas de cobre. El análisis morfológico se realizó con microscopía de fuerza atómica (MFA), y la estructura por difracción de rayos X (DRX) con geometría de haz rasante, aplicando “in situ” un flujo de corriente DC entre 0 y 2.2A a través de electrodos colocados en los extremos de las capas. En muestras recién crecidas, se observaron picos de difracción desplazados a valores mayores de 2θ respecto del estándar de cobre, mismos que se acercan hacia el valor estándar conforme la corriente es incrementada. Se encontró que el flujo de corriente prolongado, así como los altos valores de corriente aplicada, favorecen el proceso de oxidación del cobre, formando cuprita (Cu2O). Morfológicamente se observó que el flujo de corriente modifica el tamaño del grano; mientras que el valor rms de la rugosidad, disminuye inicialmente para luego incrementarse debido a la formación del Cu2O. La oxidación del cobre fue estudiada por espectroscopía Auger y por DRX.
Palabras clave:cobre, capas delgadas, DRX, MFA, espectroscopia Auger
Microstructural evolution of copper thin films by applied electrical current flow
The microstructural evolution during electrical current flow application on copper thin films was studied. The morphological analysis by atomic force microscopy (AFM), and the structural analysis by grazing incidence X-ray diffraction (XRD) were realized when an electrical current between 0 and 2.2A was applied in situ on films by means of electrodes located on films. Positions of peaks diffraction of the as-deposited film were found to be larger than the 2θ copper standard value, with a further decrement with the applied current. Cuprite (Cu2O) is formed when the current is hold for longer times and/or when high current values are applied, favouring the oxidation process. Morphological images show that grain size is modified when the current is applied; meanwhile the rms-rugosity, initially diminishes and after that, increases due to the high current values forming Cu2O on surface. Copper oxidation was studied by Auger spectroscopy and XRD.
Key words:
copper, thin films, XRD, AFM, Auger spectroscopy
810-814
J. Mata, X. Solans, M. Font-Bardia
Departament de Cristal·lografía, Martí i Franquès s/n, Universidad de Barcelona. 08028 Barcelona.
Se presenta un estudio exhaustivo del diagrama de fase del sistema binario Li2SO4-Na2SO4. El diagrama de fases se determinó mediante termo-difractometría de rayos-X en muestras de polvo y calorimetría ATD. Se obtiene una nueva fase de fórmula Li2-xNaxSO4, con 1 ≤ x ≤ 1.22. La estructura cristalina de β-LiNaSO4 se determinó por difracción de rayos-X sobre un monocristal. Este estudio muestra que los cristales usualmente se maclan cuando el crecimiento es por solución, lo cual explica la baja polarización espontánea. Se explica la dispersión Raman de los compuestos Li2SO4, Na2SO4 y LiNaSO4, a partir de los datos estructurales. Las medidas experimentales se han efectuado a diferentes velocidades de calentamiento y enfriamiento.
Palabras clave:Cerámicas ferroeléctricas, LiNaSO4, caracterización estructural, difracción de rayos X, espectroscopía Raman.
Study of the System Li2SO4 – Na2SO4, Phase Diagram and Characterization of the LiNaSO4
An exhaustive study of the phase diagram of binary system Li2SO4-Na2SO4 is presented. Phase diagram was determined using thermo-X-ray diffraction in powder samples and calorimetry ATD. A new phase with formula Li2-xNaxSO4 has been obtained, with 1 ≤ x ≤ 1.22. The crystal structure of β-LiNaSO4 was determined from single-crystal X-ray diffraction. This study shows that the crystals usually become twinned when the growth is by solution; which explains the poor spontaneous polarization. The Raman dispersion of Li2SO4, Na2SO4 and LiNaSO4 compounds is explained from the structural data. The measurements have been made at different heating and cooling rate.
Key words:
Ferroelectric ceramics, LiNaSO4, structural characterization, x-ray diffraction, Raman spectroscopy.
815-818
M.H.Lente, A.L. Bacichetti, R. G. Mendes and J.A. Eiras
Universidade Federal de São Carlos - Departamento de Física
Grupo de Cerâmicas Ferroelétricas - CEP 13565-670 - São Carlos - SP - Brazil
Se ha estudiado la dependencia de la permitividad eléctrica con un campo bias externo en láminas delgadas de PZT. Los resultados revelaron la existencia de dos mecanismos que contribuyen a la permitividad eléctrica. El primero está relacionado con la reorientación de dominios, actúa sólo durante el proceso de polarización y es responsable de un comportamiento dieléctrico fuertemente no lineal. El segundo mecanismo se asocia a las vibraciones de las paredes de dominio, presentando un comportamiento eléctrico razonablemente lineal con el campo bias aplicado, contribuyendo siempre a la permitividad independientemente del estado de polarización de la muestra. Los resultados indicaron también que la reducción gradual de la permitividad con el aumento de la fuerza del campo bias podría estar relacionada con el “bending” gradual de las paredes de dominio. Se cree que el “bending” de las paredes de dominio induce a un endurecimiento y/o adelgazamiento de las paredes, reduciéndose así la permitividad eléctrica. Se propone una reinterpretación del modelo propuesto en la literatura para explicar las características dieléctricas de los materiales ferroeléctricos en un régimen de alto campo.
Palabras clave:Lámina delgada, PZT, cambio de polarización, paredes de dominio, permitividad eléctrica.
Nonlinear dielectric response in ferroelectric thin films
Electrical permittivity dependence on electric external bias field was investigated in PZT thin films. The results revealed the existence of two mechanisms contributing to the electrical permittivity. The first one was related to the domain reorientation, which was responsible for a strong no linear dielectric behavior, acting only during the poling process. The second mechanism was associated with the domain wall vibrations, which presented a reasonable linear electrical behavior with the applied bias field, contributing always to the permittivity independently of the poling state of the sample. The results also indicated that the gradual reduction of the permittivity with the increase of the bias field strength may be related to the gradual bending of the domain walls. It is believed that the domain wall bending induces a hardening and/or a thinning of the walls, thus reducing the electrical permittivity. A reinterpretation of the model proposed in the literature to explain the dielectric characteristics of ferroelectric materials at high electric field regime is proposed.
Key words:
Thin films, PZT, polarization switching, domain wall, electrical permittivity.
3
613-619
A. Almanzaa, J.S. Valenciab
aLaboratorio de Catálisis Heterogénea, Departamento de Química, Universidad de Córdoba, Montería – Colombia
bCentro de Catálisis Heterogénea, Departamento de Química, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, D.C. – Colombia
En este trabajo se estudian algunos aspectos asociados con la síntesis, mediante procesamiento sol–gel, del aluminato de níquel. A los sólidos obtenidos se les determina la composición elemental mediante absorción atómica y fluorescencia de rayos–X, se les investiga la textura por sortometría de N2 a 77 K, se les analiza la estructura por difracción de rayos–X y se les examina la morfología con microscopía electrónica de barrido. Los resultados muestran que la hidrólisis a 80 °C y pH 10 de tri–sec–butóxido de aluminio en presencia de nitrato de níquel conduce a un xerogel cuyo tratamiento a 900 °C resulta en un sólido azul brillante, finamente dividido, poroso y altamente compatible con la espinela NiAl2O4. La textura de estos materiales se manifiesta por isotermas adsorción–desorción de nitrógeno tipo IV y anillos de histéresis tipo E; se verifica que la temperatura de hidrólisis no ejerce una marcada influencia sobre el área superficial de los sólidos y se comprueba que los sólidos poseen una distribución monomodal de tamaños de poro.
Palabras clave:Procesamiento sol–gel, aluminato de níquel, espinelas cerámicas, soportes oxídicos.
Influence of some variables of the sol–gel process in the textural and structural properties of a NiAl2O4 support
In this work some aspects related to the synthesis of nickel aluminate as a ceramic material by the sol–gel processing, are studied. The solids obtained are analyzed by atomic absorption and x ray flourescence in order to determine their chemical composition. Texture is investigated using N2 adsorption–desorption isotherms, the structure is verified by x ray diffraction, and the morphology is looked using scanning electron microscope. The results show that the hydrolysis of aluminum tri–sec–butoxyde in presence of nickel nitrate at 80 °C and pH 10, produces a xerogel whose treatment at 900 °C results in a bright blue, fine, porous, spinel type solid, NiAl2O4. Texture data of these materials as shown by type IV isotherms with hysteresis loops type E; it verifies that hydrolysis temperature does not influence the surface area and confirms that these solids have a monomodal pore size distribution.
Key words:
Sol–gel processing, nickel aluminate, spinels, oxide supports.
620-626
J. Mendiola, C. Alemany, R. Jiménez, E. Maurer, M.L. Calzada
Into. de Ciencia de Materiales de Madrid, CSIC, Cantoblanco 28049, Madrid, España.
Se describe la evolución en el conocimiento sobre el titanato de plomo modificado con calcio, (Pb1-xCax) TiO3, a través de sus propiedades estructurales y ferroeléctricas en forma cerámica hasta la actualidad y el interés por su conformación en láminas delgadas. Se hace referencia a su aplicabilidad en dispositivos electrónicos miniaturizados. Se aportan nuevos resultados experimentales en láminas delgadas de alto contenido en Ca, fabricadas mediante el método sol-gel. Los resultados obtenidos ponen de manifiesto cómo las propiedades medidas en cerámica se mantienen en lámina, aunque algo deprimidas. Se discute a la luz de los conocimientos actuales el diagrama de fases x-T, con especial atención a la aparición de la fase relaxora y a los modelos estructurales propuestos. Debido a las peculiares propiedades dieléctricas de las láminas de PTCa con x = 0.50, se discute la posibilidad de emplearlas en la fabricación de memorias dinámicas de acceso aleatorio (DRAM) de alta densidad y en la preparación de componentes electrónicos para alta frecuencia (varactores).
Palabras clave:ferroelectricos, lámina delgada, relaxor (Pb,Ca)TiO3
Ca modified PbTiO3: from the bulk ceramic to the film
A review on calcium modified lead titanate, (Pb1-xCax)TiO3 bulk ceramics, through its structural and ferroelectric properties is described as well as the interest for the preparation of these materials as thin films. References to applications of these films, such as small electronic devices, are also reported. New experimental results on thin films with large Ca contents, fabricated by the sol-gel method, are reported. Results show that thin films have similar properties than bulk ceramics, but somewhat rather depressed. x-T phase diagram is discussed based on the current knowledge, on the relaxor phase appearance and on structural models. The singular dielectric properties of these thin films with x=0.5, are considered for applications in high density dynamic random access memories (DRAM) and electronic components for high frequency (varactors).
Key words:
ferroelectrics, thin films, (Pb,Ca)TiO3, relaxor
627-633
J. Fontcuberta1, Ll. Balcells1, J. Navarro1, D. Rubi1, B. Martínez1, C. Frontera1, J.L. García-Muñoz1
M. Lacaba2, A.M. González2, C. Forniés2, A. Calleja3, LL. Aragonès3
1Institut de Ciència de Materials de Barcelona-CSIC. Campus UAB. Bellaterra. Catalunya. Spain
2Navarra de Componentes. Polígono Industrial s/n Ap.C.240, 315000 Tudela. Navarra. Spain
3Quality Chemicals, Fornal, s/n - Pol. Ind. Can Comelles Sud, Ap. C. 184, 08292 Esparraguera. Catalunya. Spain
Las cerámicas magnetorresistivas, basadas en óxidos semi-metálicos ferromagnéticos han recibido una renovada atención en los últimos años debido a sus posibles aplicaciones. Se revisan aquí algunos de los recientes progresos en el desarrollo de materiales cerámicos magnetorresistivos como La2/3Sr1/3MnO3 y Sr2FeMoO6. Se revisitan sus propiedades básicas, las estrategias empleadas para entender y mejorar sus propiedades intrínsecas, llevando sus límites de operación a temperaturas muy por encima de temperatura ambiente, y el desarrollo de algunas aplicaciones. Este esfuerzo ha requerido al contribución de un gran número de actores. Comenzando por laboratorios de investigación, se ha implicado progresivamente a industrias que hoy en día están capacitadas para suministrar materias primas de alta calidad o para fabricar componentes magnetorresistivos a gran escala.
Palabras clave:cerámicas magneto-resistivas, óxidos de manganeso, sensores magnéticos
Magnetoresistive ceramics, based on half-metallic ferromagnetic oxides have received renewed attention in the last few years because of their possible applications. Here, we review some recent progress on the development of magnetoresistive ceramic materials such as La2/3Sr1/3MnO3 and Sr2FeMoO6 ceramic materials. We shall revisit their basic properties, the strategies that have been employed to understand and to improve their intrinsic properties, pushing the limits of their operation at temperatures well above room-temperature, and the development of some applications. This effort has required the contribution of a number of actors. Starting from research laboratories, it has progressively involved industries that nowadays are able to supply high quality raw-materials or to manufacture magnetoresistive components at large scale.
Key words:
: magnetoresistive ceramics, manganese oxides, magnetic sensors
634-639
Matjaz Valant, Danilo Suvorov
Advanced Materials Departement, Jozef Stefan Institute, Jamova 39, 1000 Ljubljana, Slovenia
Para reducer la complejidad de los sistemas LTCC y así acelerar el desarrollo de láminas de LTCC con nuevas funcionalidades es necesario reducir el número de fases dentro de una determinada lámina. La mejor manera de hacer esto es usar sistemas cerámicos monofásicos libres de fase vítrea. Dicho sistema que consiste en materiales LTCC de baja- y alta-permitividad se ha desarrollado en base a compuestos de Bi-eulitita (permitividad; k’=16) y silenita (k’=40) y la solución sólida de δ-Bi2O3 con Nb2O5 (k’=90). Los análogos de Ge y Si de las silenitas y eulititas, y la solución sólida 0.75Bi2O3⋅0.25Nb2O5 cumplen los principales requerimientos de los LTCC respecto a su comportamiento de sinterización (Ts=850-900oC), su compatibilidad química mutua y su compatibilidad con electrodos de plata, así como en lo concerniente a sus propiedades dieléctricas
Palabras clave:propiedades dieléctricas, substratos, condensadores, LTCC, compuestos basados en Bi
New Generation of LTCC Materials
To reduce the complexity of LTCC systems and so accelerate the development of LTCC tapes with new functionalities it is necessary to reduce the number of phases within a particular tape. This can best be done by using glass-free single-phase ceramic systems. Such a material system consisting of low- and high-permittivity LTCC materials was developed based on Bi eulytite (permittivity; k’=16) and sillenite (k’=40) compounds and the δ-Bi2O3 solid solution with Nb2O5 (k’=90). The Ge and Si analogues of the sillenites and eulytites, and the 0.75Bi2O3⋅0.25Nb2O5 solid solution meet the main requirements for LTCC with respect to their sintering behavior (Ts=850-900oC), their mutual chemical compatibility, their compatibility with a silver electrode as well as their dielectric properties.
Key words:
dielectric properties, substrates, capacitors, LTCC, Bi-based compounds
640-643
J.R.Frade(*), V.V.Kharton(*,+), A.A.Yaremchenko(*), E.V.Tsipis(*), A.L.Shaula(*), E.N.Naumovich(*,+), A.V.Kovalevsky(+), F.M.B.Marques(*)
(*)Ceramics and Glass Eng. Dep. (CICECO), University of Aveiro, 3810-193 Aveiro, Portugal
(+) Institute of Physicochemical Problems, Belarus State University, 14 Leningradskaya Str., 220050 Minsk, Belarus
Se han usado cálculos termodinámicos con condiciones adicionales para la conservación del carbono e hidrógeno para predecir la composición del gas obtenido mediante la oxidación parcial del metano en función de la presión parcial de oxígeno y de la temperatura; esto se ha usado para asegurar los requerimientos de estabilidad y permeabilidad al oxígeno de los materiales conductores mixtos empleados como membrana para este propósito. Un nuevo exámen de los conductores mixtos conocidos muestra que la mayoría de los materiales con la mayor permeabilidad todavía fallan en el cumplimiento de los requerimientos de estabilidad bajo condiciones reductoras. Otros materiales poseen suficiente estabilidad, pero su permeabilidad al oxígeno es insuficiente. Por ello se han empleado diferentes aproximaciones para intentar superar esas limitaciones, incluyendo cambios en la composición en las posiciones A y B de de las perovsquitas ABO3, y pruebas con materiales con estructuras diferentes. Se han obtenido resultados prometedores principalmente en algunos materiales con estructura perovsquita o estructuras relacionadas con K2NiF4. La estabilidad limitada de los materiales más prometedores muestra que los estudios deben hacerse principalmente sobre las limitaciones cinéticas del lado permeable para proteger el conductor mixto en condiciones reductoras severas.
Palabras clave:
Mixed conducting materials for partial oxidation of hydrocarbons
Thermodynamic calculations with additional conditions for the conservation of carbon and hydrogen were used to predict the gas composition obtained by partial oxidation of methane as a function of oxygen partial pressure and temperature; this was used to assess the stability and oxygen permeability requirements of mixed conducting membrane materials proposed for this purpose. A re-examination of known mixed conductors shows that most materials with highest permeability still fail to fulfil the requirements of stability under reducing conditions. Other materials possess sufficient stability but their oxygen permeability is insufficient. Different approaches were thus used to attempt to overcome those limitations, including changes in composition in the A and B site positions of ABO3 perovskites, and tests of materials with different structure types. Promising results were obtained mainly for some materials with perovskite or related K2NiF4-type structures. Limited stability of the most promising materials shows that one should rely mainly on kinetic limitations in the permeate side to protect the mixed conductor from severe reducing conditions.
Key words:
644-648
S. R. de Lazaroa, b, E. R. Leiteb; E. Longob, A. Beltrána
a. Universidat Jaume I – UJI – Dept. Ciènces Experimentals – Área de Quimica– Física Castellón – España
b. Universidade Federal de São Carlos – UFSCar – LIEC – Dept. de Química – São Carlos – Brasil
En este trabajo hemos realizado cálculos ab-initio para el PbTiO3, con grupo espacial P4/mmm. El formalismo de la Teoría del Funcional de Densidad ha sido empleado con el funcional híbrido B3LYP. El análisis de la estructura de bandas y de la densidad de estados muestra que el gap es indirecto, en el caso de la banda del valencia los orbitales atómicos de los átomos de oxígenos prevalecen, con una pequeña participación del orbitales de los átomos de plomo; mientras los átomos de Ti son predominantes en la banda de conducción. La pérdida de simetría de la celda unidad lleva a una menor organización y la disminución del valor del gap en el titanato de plomo. Esta disminución de la energía necesaria para que un electrón pase de la banda valencia a la banda de conducción, y más importante, la aparición de niveles energéticos próximos en la zona de menor energía de la banda de conducción, explica la fotoluminiscencia observada en este material. El fenómeno de fotoluminiscencia en los titanatos en el estado amorfo, tiene su origen en la organización - distorsión de la red cristalina, influenciada por los modificadores de red.
Palabras clave:fotoluminiscencia, CRYSTAL98, amorfo.
Photoluminescence of the PbTiO3 in amorphous state analyzed by methods ab-initio periodicy
In this work we have carried out ab-initio calculations for the PbTiO3, with space group P4/mmm. The formalism of the density functional theory of has been used with the hybrid functional B3LYP. The analysis of the band structure and of the density of states shows that the gap is indirect, in the case of the valence band the atomic orbitals of the oxygen atoms they prevail, with small participation of the orbital ones of the lead orbitals; while those of the atoms of Ti are predominant in the conduction band. The loss of symmetry of the cell unit leads to a smaller organization and a decrease of the value of gap of energy of the lead titanate. This decrease of the necessary energy so that an electron passes from the valence band to the conduction band, and more important, the appearance of next energy levels in the area of smaller energy of the conduction band, explains the photoluminescence observed in this material. The phenomenon of the photoluminescence in titanates in amorphous state, has its origin in the organization - distortion of the crystalline net, influenced by the network modifiers.
Key words:
photoluminescence, CRYSTAL98, amorphous.
649-652
M.P. Gutiérreza, B. Rivas-Muriasa, M.A. Señarís-Rodríguezb, J. Rivasa
aDepartamento de Física Aplicada, Universidade de Santiago de Compostela, 15782, Santiago de Compostela.
bDepartamento de Química Fundamental, Universidad da Coruña, 15071, A Coruña.
En este trabajo se estudia el comportamiento de las componentes real e imaginaria de la permitividad dieléctrica compleja en función de la frecuencia (20 Hz-1 MHz) y la temperatura (115-350 K) de la perovskita laminar La1.5Sr0.5CoO4. Para realizar este estudio preparamos muestras policristalinas utilizando el método cerámico. El análisis por difracción de rayos X mostró la presencia de la fase deseada y una pequeña impureza de La2O3. Un estudio comparativo de las propiedades eléctricas y magnéticas de este compuesto con orden de carga (TCO∼750 K), reveló que básicamente se trata de un material semiconductor con un complejo antiferromagnetismo bidimensional que evoluciona con la temperatura debido a transiciones del estado de espín del Co3+ activadas térmicamente. Una investigación detallada de las propiedades dieléctricas de este sistema nos permitió identificar dos fenómenos de relajación superpuestos: uno presente a bajas frecuencias (f<102 Hz) que se asocia con los procesos de conducción por “hopping” electrónico en este cristal iónico y otro de tipo dipolar que aparece a más altas frecuencias, que hemos identificado con el orden de carga de este sistema. Ambos fenómenos de relajación , incluida la dispersión de la conductividad frente a la frecuencia, fueron analizados en términos de la “respuesta dieléctrica universal”, encontrando buenos ajustes a esta ley de potencias, con exponentes claramente diferenciados para ambos procesos de relajación.
Palabras clave:perovskitas laminares, orden de carga, constantes dieléctricas
Dielectric characterization of the La1.5Sr0.5CoO4 layered perovskite
In this work, the behaviour of the real and imaginary components of the dielectric permittivity of layered perovskite La1.5Sr0.5CoO4 have been studied, in the frequency range 20 Hz-1 MHz and in the temperature range 115-350 K. Polycrystalline samples were prepared by the ceramic method. The powder diffraction results showed the pattern of the desired phase together with a small quantities of La2O3 impurities. A comparative study of the electrical and magnetic properties of this charge-ordered compound (TCO∼750 K) has revealed a basically semiconductor behaviour with a complex bidimensional antiferromagnetism which can be explained on the basis of a thermally activated evolution of the spin state of the Co3+ ions. A detailed investigation of the dielectric properties of this system has allowed us to identify two superimposed relaxation processes: the first one in the low frequency range (f<102 Hz), which has been associated with electronic hopping conduction and the second one in the high frequency range due to dipolar processes, which we have associated with the charge order of this system. Both of them, including the conductivity as a function of the frequency, were analyzed in terms of the “universal dielectric response”. We have found good fittings to this power law with different exponents for both relaxation processes.
Key words:
layered perovskites, charge ordering, dielectric constants
653-657
A.A. Cavalheiroa, M.A. Zaghetea, M. Cilensea, M. Villegasb, J. F. Fernándezb, J. A. Varelaa
a. LIEC -Instituto de Química, UNESP. C.P 355, 14801-970 Araraquara-SP, Brasil.
b. Inst. Cerámica y Vidrio – CSIC. Camino de Valdelatas s/n, 28049 Cantoblanco, Madrid, España.
El relaxor cerámico PMN ha sido investigado por un gran número de investigadores en el transcurso del tiempo y muchos aspectos de este material, como la morfología de los polvos, descomposición de fases, pérdida de peso en el proceso de sinterización, densificación, entre otras, siguen siendo objetos de investigación. La preparación de polvos de PMN se ha mostrado más efectiva cuando son sintetizados por la ruta de la columbita, pero la etapa de adición de plomo para la síntesis de polvos de PMN todavía sigue problemática. Por lo tanto, este trabajo propone una nueva asociación de metodologías, utilizando la ruta de la columbita y el método de precipitación por hidróxidos. Mediante la utilización de una técnica de mezcla de polvos, la cual permitió lograr buenas densidades en verde y sinterizadas, fue posible observar que los dopantes K+ y Li+ reducen las pérdidas de peso en el proceso de sinterización y cambian significativamente las propiedades dieléctricas. La adición de semillas de LiNbO3 en la etapa de conformación, las cuales reaccionan de modo distinto dependiendo del tamaño de las partículas, promueve la formación de granos de diferente tamaño en el cuerpo cerámico. Como consecuencia de esto, propiedades dieléctricas muy diferentes que en la cerámica PMN convencional son obtenidas.
Palabras clave:PMN, Relaxor, Microestructura, Procesamiento y Sinterización.
Study of k and LiNbO3 addition on the final properties of the relaxor pmn processed by powder blend
PMN ceramic relaxor has been investigated by several researchers and many aspects of this material, like powder morphology, phase decomposition, weight loss during sintering process, densification, between others, still are investigated. PMN powder preparation has been shown more efficient when synthesized by columbite route, however lead addition stage for the PMN powder synthesis remains problematical. Therefore, this work proposes a new association of methodologies, using columbite route and the hydroxide precipitation method. Through use of the powder mixture technique, which permitted to obtain good green and sintered densities, was possible to observe K+ y Li+ dopants reduce weight loss in sintering process and change significantly the dielectric properties. Addition of LiNbO3 seeds in conformation stage, which react in a distinct way as a function of the particle size, promotes the formation of differenced grains in the ceramic bulk. Consequently, very different dielectrics properties from conventional PMN ceramic were obtained.
Key words:
PMN, Relaxor, Microstructure, Processing and Sinterization.
658-662
R. Pérez, A. Albareda, J.E. García, J.A. Casals
Departament de Física Aplicada. Universitat Politècnica de Catalunya.
Jordi Girona 1-3, Campus Nord. 08034 Barcelona.
La aplicación de campos eléctricos o esfuerzos mecánicos elevados sobre piezocerámicas PZT produce una alteración de los coeficientes elásticos y dieléctricos, así como de sus pérdidas. En este trabajo se establece un procedimiento que permite la comparación entre el comportamiento no lineal dieléctrico de una cerámica con el comportamiento no lineal elástico medido en el primer modo de oscilación radial, describiéndolos mediante magnitudes adecuadas. Se observa un comportamiento cualitativamente distinto entre los materiales PZT blandos y duros. Para un mismo material, los comportamientos dieléctrico y mecánico son claramente semejantes, así como las pérdidas de uno y otro tipo. Esto se puede interpretar si se asume que la no linealidad se produce gracias a la interacción de las paredes de dominio con los defectos, y si solo intervienen apreciablemente las paredes de no-180º. Se analizan diversos factores a tener en cuenta en esta comparación, como son el tipo de no linealidad, la distribución de las orientaciones de los dominios, o la falta de uniformidad del campo. Ello puede permitir relacionar el comportamiento no lineal con la función de distribución (que define el estado de la cerámica) o la interpretación del comportamiento de los modos superiores.
Palabras clave:piezoeléctrico, cerámica, no linealidad, dieléctrico, elasticidad.
Relation between dielectric and mechanical nonlinear behaviours in PZT piezoelectric ceramics.
Elastic and dielectric coefficients of PZT piezoceramics are perturbed by applying high electric field or high mechanical stress. In this work, a procedure is described in order to compare non-linear dielectric and elastic behaviour, by using suitable quantities. Qualitative differences are observed between soft and hard materials. But, for a given material, dielectric and mechanic behaviours are very similar, as well as the losses of both kinds. This fact can be understood by assuming that non-linearity is produced by interaction between domain walls and defects, and that 180º walls are negligible in front of non-180º walls. Some facts must be taken into account in order to compare both behaviours, as the non-linear model, the domain wall orientation distribution, or the non uniformity of the fields. This allows to relate the non linear behaviour with the distribution function, that defines the material state, or to understand the non-linearity produced at the overtones.
Key words:
piezoelectric, ceramics, non-linearity, dielectrics, elasticity.
663-667
YANWEI Ma, M. Bahout, O. Peña, P. Durán1, C. Moure1
Chimie du Solide et Inorganique Moléculaire, UMR 6511. CNRS - Université de Rennes 1. Institut de Chimie de Rennes, 35042 Rennes cedex, France
1Instituto de Cerámica y Vidrio, CSIC, Dpto. de Electrocerámica. Campus Universidad Autónoma de Madrid, 28049 Cantoblanco, Madrid, Spain
Se han investigado las propiedades magnéticas de materiales de fórmula CoxNiyMnzO4 (x+y+z+ = 3), en función del campo magnético aplicado y de la temperatura. El comportamiento observado en el régimen paramagnético (220 K ≤ T ≤ 400 K) está en relación directa con la concentración catiónica nominal. Se observa una transición paramagnética-ferrimagnética a T = Tc, cuyo valor depende de la composición global del compuesto, variando entre Tc = 120 K (Co0.2NiMn1.8O4) y Tc = 210 K (Co1.2Ni0.3Mn1.5O4). Se ha observado una segunda transición a una temperatura inferior, relacionada con una segunda subred magnéticamente ordenada. Esta segunda transición ocurre a T = 60 K (Co0.6NiMn1.4O4), aumentando progresivamente con la concentración del cobalto hasta alcanzar aproximadamente 160 K. En presencia de un campo magnético externo, ambas transiciones se confunden en una sola, cuya temperatura característica Tmax decrece rápidamente en función de campos magnéticos crecientes. Se realizaron ciclos de magnetización M(H) a T = 5 K, obteniéndose ciclos típicos de materiales magnéticos blandos, con campos coercitivos pequeños. Con el objeto de estudiar posibles aplicaciones de estos materiales como termistores NTCR, se realizaron igualmente medidas eléctricas por sobre la temperatura ambiente : los valores de conductividad aumentan de un factor 200-1000 entre la temperatura ambiente y 400 C.
Palabras clave:
Magnetic properties of (Co, Ni, Mn)3O4 spinels
Magnetic properties of new materials, based on the general formula CoxNiyMnzO4 (x+y+z= 3), have been investigated as a function of magnetic field and temperature. The behavior observed in the paramagnetic regime (220 K ≤ T ≤ 400 K) shows a direct correlation with the nominal cation concentration. The paramagnetic-ferrimagnetic transition which takes place at T = Tc depends on the overall composition, going from Tc = 120 K (for Co0.2NiMn1.8O4) up to Tc = 210 K (for Co1.2Ni0.3Mn1.5O4). A second transition is observed at lower temperatures, corresponding to a second ordered magnetic sublattice. This second transition takes place at about 60 K (for Co0.6NiMn1.4O4), increasing with the cobalt content up to about 160 K. Under an external magnetic field, both transitions merge into a single one, with a characteristic temperature Tmax, which rapidly decreases with increasing field. Magnetization loops M(H) obtained at 5 K show a typical behavior of soft magnetic materials, with low coercive fields. Low conductivity values were observed at room‑temperature, increasing by a factor of 200-1000 at high temperatures (400 C), which make these compounds to be very interesting materials for potential applications as NTCR thermistors.
Key words:
magnetic oxides, spinels, magnetic exchange, ferrimagnetic properties
668-673
J.C. Moreno1, J.F. Fernández2, P. Ochoa2, R.Ceres1, L. Calderón1, E. RocOn, J.L. Pons1
1Instituto 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
El presente trabajo analiza las aplicaciones potenciales de los sensores piezoeléctricos cerámicos para la medición de variables cinemáticas y cinéticas en las áreas de biomedicina y biomecánica. A partir del análisis teórico del sensor se realiza un análisis armónico por elementos finitos del mismo, que muestra la existencia de gradientes de potencial entre los pares de electrodos. Se propone un sensor triaxial piezoeléctrico para la medida concomitante de esfuerzos durante el contacto pie-suelo en el ciclo de marcha humana.
Palabras clave:Sensor de presión, medida triaxial de fuerza, piezoeléctricos cerámicos.
Ceramic Piezoelectric Sensors: Application to Biomecanic Characterization
This work analyzed the potential applications of ceramic piezoelectrics as sensors of kinematic and kinetic parameters in the field of the biomechanics and biomedicine. On the basis of a theoretically analysis of the sensor a Finite Element Analysis of the harmonic shown the appearance of field gradients between the electrodes. A piezoelectric sensor is proposed as triaxial force transducer for plantar pressure measurement during human walking.
Key words:
Pressure sensor, triaxial force measurement, ceramic piezoelectrics.
674-678
Fernández Hevia, A. C. Caballero*, J. de Frutos, J. F. Fernández*
Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación, Universidad Politécnica de Madrid, Ciudad Universitaria s/n, 28040 Madrid, España
* Departamento de Electrocerámica, Instituto de Cerámica y Vidrio, CSIC, 28049 Camino de Valdelatas s/n, Campus de Cantoblanco, Madrid, España
En el presente estudio se utiliza la teoría de transporte de carga a través de interfases eléctricamente activas para estudiar las propiedades electrónicas de varistores basados en ZnO. Se obtiene un rango de temperaturas de sinterización en el que la respuesta eléctrica microscópica del material se mantiene esencialmente constante, de manera que su respuesta macroscópica está controlada por su microestructura. Esto permite una gran precisión en el control de las propiedades eléctricas funcionales del material.
Palabras clave:
Application of broadband admitance spectroscopy to microstructure control of the electrical properties of ceramic varistors.
In the present work, the theory of charge transport through active interfaces is used to study the electronic properties of ZnO-based varistors. It has been observed that for a certain range of sintering temperatures the microscopic electrical response of the material is constant, so that the macroscopic response is microstructure controlled. This allows controlling the functional response of the material with a high precision.
Key words:
679-685
O.A. Smirnovaa, V.V. Khartona,b, F.M.B. Marquesa
a Department of Ceramics and Glass Engineering, CICECO, University of Aveiro, 3810-193 Aveiro, Portugal
b Institute of Physicochemical Problems, Belarus State University, 14 Leningradskaya Str., 220050 Minsk, Belarus
Síntesis y caracterización del conductor catiónico de sodio Nax(MyL1-y)O2 (M = Ni2+, Fe3+; L = Ti4+, Sb5+)
Se han preparado cerámicas conductoras conteniendo Na+ de composición Na0.8Ni0.4Ti0.6O2, Na0.8Fe0.8Ti0.2O2, Na0.8Ni0.6Sb0.4O2 (tipo estructural O3) y Na0.68Ni0.34Ti0.66O2 (tipo P2) con densidad mayor del 91%. Las vía de preparación fu la ruta de estandard de síntesis en estado sólido. Las composiciones se caracterizaron mediante espectroscopía de impedancia, análisis térmico, microscopía electrónica de barrido, refinamiento de la estructura usando datos de difracción de rayos X en polvo, medidas de concentración de Na+, f.e.m. de la célula y dilatometría. La conductividad del antimoniate, sintetizado por primera vez, Na0.8Ni0.6Sb0.4O2, era menor que la del compuesto isoestructural Na0.8Ni0.4Ti0.6O2 debido a la mayor distancia de salto iónico entre las posiciones de Na+. A temperaturas por encima de 420 K, las propiedades de transporte de los materiales conductores que contienen cations sodio son esencialmente independientes de la presión parcial de vapor de agua. En el intervalo de baja temperatura, la conductividad aumenta reversiblemente con la presión de vapor de agua variando en un intervalo de aproximadamente 0 (aire seco) hasta 0.46 atm. La sensibilidad a la humedad del aire está influída por la microestructura de la cerámica, estando favorecida al aumentar el área de borde. Los coeficientes de dilatación térmica medios de los materiales laminares entre 300 y 1173 K están en el intervalo (13.7-16.0)×10-6 K-1.
Palabras clave:conductor con cationes sodio, espectroscopia de impedancia, humedad del aire, dilatación térmica, microestructura cerámica.
Synthesis and characterization of sodium cation-conducting Nax(MyL1-y)O2 (M = Ni2+, Fe3+; L = Ti4+, Sb5+)
The Na+-conducting ceramics of layered Na0.8Ni0.4Ti0.6O2, Na0.8Fe0.8Ti0.2O2, Na0.8Ni0.6Sb0.4O2 (structural type O3) and Na0.68Ni0.34Ti0.66O2 (P2 type) with density higher than 91% were prepared via the standard solid-state synthesis route and characterized by the impedance spectroscopy, thermal analysis, scanning electron microscopy, structure refinement using X-ray powder diffraction data, measurements of Na+ concentration cell e.m.f., and dilatometry. The conductivity of antimonate Na0.8Ni0.6Sb0.4O2, synthesized first time, was found lower than that of isostructural Na0.8Ni0.4Ti0.6O2 due to larger ion jump distance between Na+ sites. At temperatures above 420 K, transport properties of sodium cation-conducting materials are essentially independent of partial water vapor pressure. In the low-temperature range, the conductivity reversibly increases with water vapor pressure varied in the range from approximately 0 (dry air) up to 0.46 atm. The sensitivity to air humidity is influenced by the ceramic microstructure, being favored by increasing boundary area. The average thermal expansion coefficients of layered materials at 300-1173 K are in the range (13.7-16.0)×10-6 K-1.
Key words:
sodium cationic conductor, impedance spectroscopy, air humidity, thermal expansion, ceramic microstructure
686-690
M.A. Ponce, C.M. Aldao, M.S. Castro
Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales (INTEMA)
(CONICET-Universidad Nacional de Mar del Plata), Juan B. Justo 4302 (B7608FDQ) Mar del Plata, Argentina.
En este trabajo se estudia la dependencia de la conductividad eléctrica en oxígeno de películas de SnO2 dopadas con Pd. Los cambios en la conductividad, al modificar la atmósfera de vacío a aire, pueden ser explicados si consideramos que la adsorción de oxígeno produce un incremento en el ancho y en el alto de las barreras de potencial intergranulares. La exposición de las películas a estos gases a temperaturas mayores que 300°C favorece la difusión interna del oxígeno lo que provoca la aniquilación de vacantes de oxígeno y por ende la alteración de las barreras intergranulares. Se analiza en particular la diferencia en el comportamiento eléctrico entre las películas de SnO2 dopadas y sin dopar.
Palabras clave:SnO2, películas gruesas, mecanismos de conducción.
Oxygen adsorption in Pd-doped SnO2 thick films
The dependence of the electrical conductivity Pd-doped SnO2 thick films in an oxygen atmosphere is studied. The conduction mechanism when the atmosphere is changed from vacuum to oxygen can be explained considering the modification of the intergranular potencial barriers. The films exposure at temperatures higher than 300°C favors the oxygen indiffusion that causes the annihilation of oxygen vacancies. The difference between thick films doped with Pd and films without additives is analyzed.
Key words:
SnO2, thick films, conduction mechanisms.
691-694
M. Ramajo, E. Brzozowski, M.S. Castro
Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales (INTEMA)
(CONICET – Universidad Nacional de Mar del Plata) Avda. J.B. Justo 4302 (B7608FDQ) Mar del Plata, Argentina
En este trabajo se estudió la incorporación del ión La3+ en la red de BaTiO3. Se comprobó que bajas concentraciones de La3+ inhiben el crecimiento de los granos de BaTiO3 significativamente, a la vez que originan un material altamente densificado. Sin embargo, se confirmó que existe un límite de concentración de La2O3 a partir del cual se observó un retardo en el sinterizado del BaTiO3. La incorporación de La3+ como donor en el BaTiO3 modificó su estructura de defectos, favoreció la formación de vacantes de titanio y lo estabilizó en una fase pseudocúbica. Este efecto también se refleja en las propiedades dieléctricas del material y en la temperatura de transición de fases cúbica-tetragonal.
Palabras clave:BaTiO3, propiedades eléctricas, defectos iónicos, dopantes, microestructura.
Study of the compensation mechanism of La2O3-doped BaTiO3
In this work, the incorporation of several concentrations of the La3+ ion into the BaTiO3 lattice was studied. It was verified that low La3+ concentrations inhibits the grain growth and produces a highly densified material. However, a delay in the sintering behavior in ceramics with high doping concentrations was observed. The La3+ donor incorporation in the BaTiO3 modified the defects structure, favored titanium vacancies formation, and stabilized a pseudocubic phase. This effect influences the dielectric properties and the cubic-tetragonal transition temperature.
Key words:
BaTiO3, electrical properties, ionic defects, dopants, microstructure.
695-697
A. López-García, R. E. Alonso
Dpto. de Física, F. C. Exactas, UNLP e IFLP, CONICET, Calles 115 y 49, C. C. 67 1900 La Plata, Argentina
Las perovskitas SrMO3 con M = Ru, Zr ó Hf presentan características estructurales muy similares. Son ortorrómbicas a temperatura ambiente (TA) y transitan a estructuras tetragonal (I4/mcm) y cúbica (Pm3–m) a más alta temperatura. Estas diferentes estructuras están caracterizadas por la rotación del octaedro de oxígenos según distintos ejes, como si fuera una estructura casi rígida. Conforme aumenta la temperatura, se observa que en las transiciones de fase cambian los ejes de rotación, mientras que las distancias M-O permanecen casi constantes (≤1%), en todo el rango de temperaturas medido. En la transición de la fase tetragonal a cúbica la rotación es alrededor del eje c y el ángulo de rotación tiende a cero mediante la forma φ(T) ∼ φ0 (TC-T)β. β es el exponente crítico y se ajustaron valores muy próximos a ½, ¼ y 1/8 para M = Hf, Zr y Ru, respectivamente. La estructura electrónica debería seguir los cambios observados en la estructura cristalina y puede ser estudiada mediante la interacción cuadripolar hiperfina usando la espectroscopía de Correlaciones Angulares Perturbadas (CAP). En esta contribución se analizan dichos resultados en SrZrO3.
Palabras clave: perovskitas, transiciones de fase, interacciones hiperfinas, defectos.
Quadrupole interactions in SrZrO3.
The SrMO3 compounds with M = Ru, Zr ó Hf display similar structures. They are orthorhombic at room temperature (RT) and transform into tetragonal (I4/mcm) and cubic (Pm3–m) at higher temperatures. These structures are characterized by rotations of the quasi-rigid oxygen octahedron through different axes. As temperature increases the rotation axes changes at the transition temperature but the M-O distances remain almost constant (1%) in the whole temperature range. The crystallographic study of the tetragonal to cubic transformation shows that it occurs by the rotation φ(TC)→0 of the rigid oxygen octahedron about the c axis. This transition is of second order and can be described by φ(T) ∼ φ0 (TC-T)β. β is the critical exponent and was fitted to ½ , ¼ and 1/8 for M = Hf, Zr and Ru, respectively. The electronic structure of these compounds should follows such changes and can be studied through the measurement of the quadrupole interaction as a function of temperature. In this contribution these results obtained by Perturbed Angular Correlations spectroscopy (PAC) for SrZrO3 are discussed.
Key words:
perovskites, phase transitions, hyperfine interaction, defects
698-705
H. Rodriguez, R. Ceres, L. Calderon, J.L. Pons
Institute of Industrial Automation, Ctra. Campo Real, km. 0.200, 28500 Arganda del Rey, Spain
En este trabajo se realiza una revisión de los trabajos de investigación realizados en diversas áreas sobre el modelado del estátor de los motores ultrasónicos de onda viajera (TWUMs). Entre los problemas relevantes que se han estudiado podemos citar la vibración de placas anulares, las teorías de placas laminadas y el modelado de transductores piezoeléctricos. A raíz de este punto de vista integral se hace manifiesto que todavía quedan asuntos importantes que estudiar en el modelado de los TWUMs. En primer lugar, la influencia de las propiedades del material y las dimensiones del estátor en la eficiencia del motor, los coeficientes de acoplamiento electromecánico (EMCC) y la máxima energía entregada deberían ser estudiados más detenidamente. En segundo lugar, el modelado de la distribución del campo eléctrico en los TWUMs (incluyendo la ecuación de carga explícitamente) parece imprescindible para lograr una predicción mejor del desplazamiento y del campo eléctrico cerca de la resonancia, como se ha apuntado en referencias actuales [1]. Además, se discute las mejoras que incorporaría a los modelos existentes en la actualidad la inclusión de las teorías de placas laminadas (LPTs) con deformaciones de corte (o de orden superior), resueltas mediante métodos aproximados. Como complemento a los modelos analíticos, se realiza asimismo una revisión de las técnicas de elementos finitos (FEM) y diferencias finitas (FDM) empleadas en la simulación de la dinámica del estátor de los motores TWUM.
Palabras clave:modelos analíticos, motores piezoeléctricos, excitación en resonancia
Modelling of the travelling wave piezoelectric motor stator: an integrated review and new perspective
Articles from different areas which are closely related to the modelling of the stator of travelling wave ultrasonic motors (TWUMs) are reviewed in this work. Thus, important issues relevant to this problem are identified from the areas of vibration of annular plates, laminated plate theories, and modelling of piezoelectric transducers. From this integrated point of view, it becomes clear that there are some very important issues yet to be addressed in the modelling of TWUMs. Firstly, the influence of material properties and stator dimensions on output efficiency, electromechanical coupling coefficients (EMCC) and maximum output energy is to be investigated in more detail. Secondly, the modelling of the electric potential field (by explicitly including the charge equation) for TWUMs seems to be a must for better prediction of displacements and electric fields close to the resonance, as suggested by some recent works [1]. Moreover, the improvement of current models by using shear deformation (or higher order) laminated plate theories (LPTs) in conjunction with approximated methods of solution are discussed.
In addition to analytical models, those works using Finite Element and Finite difference Methods (FEM and FDM) for the modelling and simulation of the TWUM stator dynamics are reviewed.
Key words:
analytical model, piezoelectric motor, resonant actuation
706-709
O. Peña, K. Ghanimi , C. Moure*, D. Gutiérrez*, P. Durán*
Chimie du Solide et Inorganique Moléculaire, UMR 6511. CNRS - Université de Rennes 1 - Institut de Chimie de Rennes, 35042 Rennes cedex, Frrancia
*Instituto de Cerámica y Vidrio, CSIC, Departamento de Electrocerámica, 28049 Cantoblanco, Madrid, SPAIN
La sustitución parcial del lantánido por el elemento calcio en el sitio catiónico (sitio A) de la perovskita ABO3 puede dar lugar a efectos importantes ligados a una inversión del espín. Dicha inversión se debe a una interacción negativa entre la tierra rara y la subred de manganeso, tal como ocurre en la solución solida Gd1-xCaxMnO3. Se presentan en este trabajo efectos similares que ocurren en las perovskitas de gadolinio de fórmula Gd(Me,Mn)O3, en las cuales la subred de manganeso (sitio B) ha sido reemplazada parcialmente por otros metales de transición Me, dejando intacta la subred de gadolinio. Se observa el fenómeno de inversión de espín para una concentración crítica x(Me) = 1/3, para la cual se logra una cantidad óptima de pares Mn3+‑Mn4+. Para esta concentración crítica se observan temperaturas de Néel antiferromagnéticas del orden de 48 y 67 K, respectivamente para Me = Co y Ni. Un análisis comparativo entre estos diferentes sistemas permite generalizar la interpretación de la existencia de dos subredes magnéticas que interactúan : una subred ferromagnética relacionada con el Mn, y una subred de gadolinio cuyos espines se orientan en sentido contrario a la primera.
Palabras clave: inversión de espín, interacciones de canje, perovskitas ferromagnéticas, fenómenos de sustitución
Spin reversal in Gd(Me,Mn)O3 (Me = Co, Ni)
Partial substitution of the rare-earth by calcium at the cationic site of the ABO3 perovskites may show extraordinary effects of spin reversal due to a negative polarization between the rare-earth and the manganese networks, as it occurs in the solid solution Gd1‑xCaxMnO3. We present herein similar effects in gadolinium perovskites of the Gd(Me,Mn)O3 type, in which the manganese sublattice has been partially substituted by transition metal elements Me, leaving the gadolinium network intact. The spin reversal phenomena is observed at a critical concentration of x(Me) = 1/3, which implies an optimum number of pairs Mn3+-Mn4+. Néel temperatures of 48 and 67 K are obtained for Me = Co and Ni, respectively, at the optimum concentration of substituent. A comparison between these different solid solutions allows us to generalize the interpretation of two interacting magnetic sublattices : a Mn-based ferromagnetic one and a negatively-aligned gadolinium network.
Key words:
spin reversal, magnetic exchange, ferromagnetic perovskites, substitution effects
2
115-118
J. Garcia-Guinea, J.1, F. Pitalua 1, V. Correcher2, L. Sanchez-Muñoz3, F.J.Valle-Fuentes4, P. Lopez-Arce5
1Museo Nacional Ciencias Naturales. José Gutiérrez Abascal 2 Madrid 28006
2CIEMAT. Madrid 28040
3Dpto. Química Inorgánica. Univ. Jaume I. Burriol. Castellón 12080
4Inst. Cerámica y Vidrio (CSIC). Madrid 28049
5Centro Tecnológico (AITEMIN). Toledo 45007
Se estudian las posibilidades dosimétricas de la albita (feldespato sódico) por métodos termoluminiscentes utilizando la región espectral del azul (alrededor de los 400nm). Se registran las posiciones espectrales de emisión de luz de este material irradiado con rayos X y con radiación gamma en un equipo automático de termoluminiscencia Risø. La albita puede ser empleada potencialmente en el campo de la reconstrucción de dosis post-accidental ya que sus propiedades termoluminiscentes en la región espectral del azul presentan buenas características dosimétricas. Se observa que la albita es muy sensible a la radiación, presenta una excelente linealidad con la dosis (0.06-8Gy), muestra una gran estabilidad con el tiempo, tiene reproducibilidad aceptable y puede detectar bajos rangos de dosis (60mGy). Sus curvas de termoluminiscencia tienen una estructura compleja asociada a una distribución continua de trampas en todo el rango de temperaturas. Este comportamiento podría explicarse como consecuencia de la formación-aniquilación dinámica de centros [AlO4/alcali]+ y [AlO4]o.
Palabras clave:Termoluminescencia, albita, dosimetría, radiaciones, espectro
Thermoluminescent properties of an albite from minas Geraes (Brazil)
Albite sodium feldspar is studied by thermoluminescent methods using the blue region of the spectra (circa 400nm) and the possible uses as a dosimeter are explored. The light emission of the spectra bands of natural and irradiated albite under X and gamma rays are determined using automated RISØ thermoluminescence equipment. Albite is a potential material to be used as retrospective dosimeter due to its good blue thermoluminescence characteristics in good agreement with the dosimetric requirements. It is sensitive to radiation, possesses a good linearity (0.06-8Gy), shows an acceptable stability in time, it is highly reproducible and can detect low levels of dose (60mGy). The TL glow curves emission exhibit a very complex structure associated to a continuous trap distribution. This behaviour could be explained as a consequence of a dynamic creation-annihilation of a [AlO4/alkali]+ and [AlO4]o centres.
Key words:
Thermoluminescence, albite, dosimetry, radiations, spectrum.
119-126
A. ALBAREDA, R. PÉREZ, J.E. GARCÍA, J.A. CASALS, M. UDINA
Dep. Física Aplicada. Univ. Politécnica de Catalunya. Campus Nord Ed. B4. Barcelona
Se describen y comparan tres métodos experimentales de la caracterización no lineal del comportamiento elástico de resonadores, según se mantenga constante la tensión, la corriente o la frecuencia. Se muestra la equivalencia entre los tres métodos, describiendo con detalle la implementación del último. La alteración de la impedancia eléctrica en función de la corriente en el entorno de la frecuencia de resonancia es la mejor forma de expresar el comportamiento no lineal, permitiendo predecir la aparición de histéresis. La relación entre incrementos no lineales de la reactancia X y de la resistencia R se mantiene notablemente lineal, la dependencia de estas magnitudes con la corriente mecánica obedece a una ley potencial de exponente no entero. Para evitar el calentamiento inherente a las medidas con alta señal se propone la excitación por medio de trenes de onda o ráfagas, y el tratamiento posterior de la respuesta eléctrica y de la velocidad v, obtenidas durante el régimen estacionario. El método se aplica adecuadamente tanto a cerámicas PZT blandas como duras. Sus características elásticas se comparan con las características dieléctricas y piezoeléctricas no lineales, obteniendo una relación explicable por el predominio de los mecanismos extrínsecos sobre los intrínsecos.
Palabras clave:Piezoeléctricos, cerámicas, no linealidad, coeficiente elástico, dieléctrico.
Nonlinear elastic behaviour of piezoelectric ceramics
Three experimental methods of nonlinear characterization of elastic behaviour are compared, based upon constant voltage, constant current and constant frequency respectively. Equivalence between them is shown, and implementation of the last one is described in detail.
The best way to describe nonlinear behaviour is to look at the alteration of the electrical impedance as a function of the current level, around the resonance frequency. By taking this description, we are able to compute the onset of hysteresis phenomena. Between the nonlinear increment of the reactance X and the resistance R appears a fairly linear relationship, while the quantities of X and R depend on the motional current through a fractional power function. In order to avoid the overheating inherent to high signal measurement, an excitation by bursts is proposed, and electrical response and velocity, obtained during the steady state, has been treated afterwards. This method has been applied to hard and soft PZT ceramics. Elastic electrical and piezoelectric behaviours have been compared, leading to some relations that can be explained by the predominance of the extrinsic processes over the intrinsic onaes.
Key words:
Piezoelectricity, ceramics, non linearity, elastic coefficient, dielectric.
127-131
J.M. AMARILLA, R.M. ROJAS, M.L. PÉREZ-REVENGA, M. G. LAZARRAGA, S. MANDAL, J.M. ROJO
Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, CSIC, Cantoblanco, 28049 Madrid.
Se han sintetizado espinelas LiCoyMn2‑yO4 (0<y≤0.33) con óptimas propiedades electroquímicas en la región de 4V mediante un procedimiento original basado en la reacción a 750º C entre las espinelas Co3y/2Mn3-3y/2O4 obtenidas a temperatura ambiente y LiOH.H2O. Los materiales obtenidos se han caracterizado por difracción de rayos-X, y la disminución del parámetro de red observada ha sido asociada con el aumento del porcentaje de dopante. Se han estudiado las propiedades electroquímicas mediante ciclaje galvanostático en una celda de litio. Se ha analizado la influencia del dopado en la capacidad, el potencial redox y la ciclabilidad de las espinelas sintetizadas. El compuesto LiCo0.11Mn1.89O4 es el material que presenta las mejores propiedades electroquímicas, con una capacidad inicial de Q = 121.7 mA h g-1 y una reversibilidad por ciclo del 99.86%.
Palabras clave:LiMn2O4, espinelas LiCoyMn2-yO4, material de cátodo, batería de litio.
Optimization of LiCoYMn2-YO4 spinel positive electrodes for li-ion batteries by adjusting dopand and synthesis temperature
The synthesis of LiCoyMn2‑yO4 (0<y≤0.33) spinels with optimised electrochemical performances in the 4V region has been carried out. They have been obtained by an original procedure designed by us, based on the reaction at 750ºC between the corresponding amounts of Co3y/2Mn3-3y/2O4 spinels precursors obtained at room temperature, and LiOH.H2O. The samples have been characterized by X-ray powder diffraction, and the diminution observed in the lattice parameter has been associated with the increase of the dopant content. Electrochemical properties of the spinels have been analysed by galvanostatic cycling in a lithium cell. The influence of the dopant content on the capacity, the redox potential, and the cyclability of the spinels have also been studied. The LiCo0.11Mn1.89O4 material is the one showing better properties, with a starting capacity of Q = 121.7 mA h g‑1 and 99.86% reversibility by cycle.
Key words:
LiMn2O4, LiCoyMn2-yO4 spinels, cathode material, lithium battery.
132-134
E. Fernández1, P. Sánchez1, M. Panizza2, V. Sánchez1, J. M. GallardO-AMORES3, G. Busca2, E. Tejedor1, C. Resini2
1Departamento de Química Inorgánica, Fª de Ciencias Químicas, Universidad de Salamanca, 37008-Salamanca.
2Dipartimento di Ingegneria Chimica e di Processo, I-16129 Genova (Italy).
3Laboratorio Complutense de Altas Presiones, Departamento de Química Inorgánica I, U. Complutense, Ciudad Universitaria, E-28040 Madrid
Se han obtenido óxidos mixtos de los sistemas Mn-Ga y Al-Ga en todo el intervalo de composiciones mediante un método de coprecipitación convencional y posteriores tratamientos térmicos. En el sistema Al-Ga, se observan soluciones sólidas hasta el 50% de Ga3+ identificándose la fase γ-Al2O3 por debajo de 800 ºC y la fase α-Al2O3 para temperaturas superiores. Las superficies específicas BET disminuyen con el incremento del contenido de Ga. La adición de Ga (10% en moles y 400 ºC) al óxido de manganeso origina la obtención de fases termodinámicamente inestables, como el MnO2 (pirolusita), interesantes desde el punto de vista catalítico. El aumento de temperatura conduce a mezclas de fases Mn3O4 (hausmannita) y Mn2O3 (bixbyita) para contenidos de Ga mayores del 20%. Estos datos se complementan por las variaciones observadas en los espectros FT-IR y electrónicos.
Palabras clave.- óxido de galio, óxido de manganeso
Palabras clave:óxido de galio, óxido de manganeso, solución sólida, FT-IR.
Influence of the Ga3+ doping in the textural and structural properties of the Mn and Al oxides
Mn-Ga and Al-Ga mixed oxides have been prepared in all compositional range by a conventional co precipitation method and subsequent thermal treatments. In the Al-Ga mixed oxide system, solid solutions are observed for samples up to 50% Ga content, identifying only the γ-Al2O3 phase below 800 ºC and the γ-Al2O3 phase for temperatures above 800 ºC. BET specific surface decreases significantly as Ga addition increases. Ga-addition to manganese oxide produce phases no thermodynamically stable, but very interesting from the catalytic point of view, i.e. MnO2 in samples with 10% Ga content and treated at 400 ºC. Increasing the temperature, biphasic materials composed by Mn3O4 (hausmannita) y Mn2O3 (bixbyita) phases are identified in the X-ray patterns for Ga contents > 20%. These data are complemented by the evolution of FT-IR and electronic spectra.
Key words:
gallium oxide, manganese oxide, solid solution, FT-IR
135-137
M.P. VILLAR1, L. GAGO-DUPORT2, R. GARCÍA1
1Dpto. Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica y Química Inorgánica. Universidad de Cádiz. 11510-Puerto Real (Cádiz)
2Dpto. Geociencias Marinas y Ordenación del Territorio. Universidad de Vigo. 36200-Vigo (Pontevedra)
En este trabajo se exponen los resultados obtenidos del seguimiento, mediante difracción de rayos X en cámara de alta temperatura, del comportamiento frente a la dilatación térmica de diversas mullitas (3Al2O3·2SiO2) sol-gel dopadas con contenidos del 1, 3, 6 y 9% en peso de Cr2O3. La presencia de cromo permite obtener materiales con ausencia de fase vítrea y microestructuras homogéneas, lo cual resulta de enorme interés ya que la presencia de vidrio en estos materiales supone una degradación de sus propiedades mecánicas, sobre todo en regímenes de funcionamiento a alta temperatura. Los resultados de dicho estudio revelan que la introducción de cromo en la red de mullita produce una reducción efectiva de su coeficiente lineal de expansión térmica, aunque también un aumento de la anisotropía con que dicha expansión tiene lugar. Únicamente con dopados de un 6% en peso de Cr2O3 se consiguen comportamientos similares al de la mullita no dopada en cuanto a anisotropía en la dilatación de la red.
Palabras clave:Expansión térmica, mullita, difracción de rayos X.
High-temperature behaviour of mullites: Study by means of X-Ray Diffraction
Results on thermal behaviour of several sol-gel chromium doped mullites (3Al2O3·2SiO2 with Cr contents of 1, 3, 6 and 9 wt.% Cr2O3) by means of high-temperature X-ray diffraction are exposed in this work. Chromium additions make possible to obtain glass-free materials with very homogeneous microstructures, which is highly convenient as the presence of glass in these materials provides a certain degradation on their mechanical properties, especially at high temperature operations. This study reveals that the chromium introduction in the mullite lattice promotes an effective reduction of its linear thermal expansion coefficient, although also an increase in the anisotropy with which this expansion takes place. Only with the 6 wt.% Cr2O3 content the anisotropy for the lattice expansion is similar to the non-doped mullite
Key words:
Thermal expansion, mullite, X-ray diffraction.
138-140
C. MARCOS1, A. RUÍZ-CONDE2, A. ARGÜELLES1,3, P. J. SÁNCHEZ-SOTO2, A. GARCÍA1, J.A. BLANCO3
1 Dpto. Geología e Instituto de Organometálica Enrique Moles, Universidad de Oviedo. 33005, Oviedo, Spain.
2 Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla, Instituto Mixto Consejo Superior de Investigaciones Científicas (C.S.I.C.)-Universidad de Sevilla,
Isla de la Cartuja, 41092-Sevilla, Spain
3 Dpto. Física, Universidad de Oviedo, 33005, Oviedo, Spain.
Se presentan nuevos resultados obtenidos mediante difracción de rayos X sobre las transformaciones estructurales que se producen en vermiculitas (en polvo y en lámina de exfoliación) con distinta composición y procedencia, cuando se las somete a condiciones diferentes de presión y temperatura. El proceso de deshidratación de las vermiculitas que se produce bajo vacío es similar al que tiene lugar con aumento de la temperatura, es decir, se lleva a cabo mediante la formación de fases interestratificadas, aunque su evolución es diferente ya que nunca se alcanza el estado de hidratación de cero capas de agua en el espacio interlaminar. La muestra de Sta. Olalla (Huelva), con el mayor contenido de magnesio en dicho espacio, muestra el comportamiento más complejo.
Palabras clave:Vermiculita, vacío, fases interestratificadas, difracción de rayos X.
New advances in the formation of interestratified phases during the dehydration-rehydration process of vermiculites: influence of vacuum pressure, temperature and composition.
New results obtained from X-ray diffraction about structural transformations induced by vacuum between the different hydration states of three vermiculites (powdered and flake samples) with different composition and origin, are presented. The dehydration process of the vermiculites under vacuum has been proved to be the same as that of temperature but with a different evolution through the different hydration states, although the zero-water layer hydration state has been not observed. The sample from Sta. Olalla, with the major content of Mg in the interlayer, exhibits the most complex behaviour.
Key words:
Vermiculite, vacuum, interstratified phases, X-ray diffraction.
142-147
V. RIVES*, M. DEL ARCO, O. PRIETO
Departamento de Química Inorgánica, Universidad de Salamanca, Salamanca, España.
Se han preparado birnesitas con Na+ o K+ en la interlámina mediante un método sol-gel, con una relación inicial glucosa/catión de 1 y 1.5. Estas muestras se han sometido a cambio iónico con los cationes Li+, Mg2+ y Cu2, caracterizando las muestras intercambiadas por diversas técnicas (análisis químico elemental, difracción de rayos X, espectroscopía FT-IR, análisis térmico y determinación de superficie específica). En ningún caso se alcanza un cambio iónico completo de los iones sodio o potasio iniciales, aunque el sodio se intercambia en mayor medida que el potasio. El intercambio es más efectivo al incorporar el Li+, menor en el caso del Cu2+ y menos eficiente, todavía, al incorporar Mg2+. El cambio iónico se produce topotácticamente, manteniéndose en todos los casos la estructura laminar con una distancia interlaminar de, aproximadamente, 7 Å. Las muestras son estables hasta 600 ºC; a partir de esta temperatura se produce la transformación a estructura túnel 2x2 (criptomelano) en el caso de la birnesita de K y a la espinela de Li-Mn (LiMn2O4) en el caso de tener Li en la interlámina.
Palabras clave: birnesita, óxidos de Mn, no estequiometría.
Birnessites prepared by ion exchange. Structural evolution with temperature
Birnessites containing Na+ or K+ in the interlayer have been prepared following a sol-gel method, with an initial glucose/cation ratio of 1 or 1.5. The solids have been submitted to ion exchange with Li+, Mg2+, and Cu2+, and all the materials have been characterised by several physicochemical techniques (elemental chemical analysis, X-ray diffraction, FT-IR spectroscopy, thermal analysis and specific surface area assessment). Total cation exchange was not achieved in any case, although sodium is better exchanged than potassium. Exchange is larger for Li+, lower for Cu2+ and even lower for Mg2+. Ionic exchange is topotactic, and the layered structure is maintained in all cases, with an interlayer spacing close to 7 Å. The samples are stable up to 600 °C; above this temperature cryptomelane (a 2x2 tunnel structure) is formed in most of the samples containing potassium, while LiMn2O4 spinel is formed is Li was present in the birnessite.
Key words:
birnessite, Mn oxides, non-stoichiometry
148-154
C. BELVER, M.A. BAÑARES, M.A. VICENTE
Dpto. Química Inorgánica. Fac. Ciencias Químicas. Universidad de Salamanca. 37008 Salamanca.
En este trabajo se ha estudiado la síntesis de materiales de alto valor añadido a partir de un caolín natural. Para ello el caolín fue pre-activado mediante calcinación para dar lugar a la formación de metacaolines, sólidos amorfos susceptibles de ser modificados por tratamientos químicos de una manera sencilla y poco costosa. Estos sólidos fueron posteriormente sometidos a tratamientos ácidos y básicos para modificar su estructura y propiedades. La activación ácida bajo unas condiciones específicas dio lugar a la síntesis de sólidos constituidos mayoritariamente por sílice con buenas propiedades superficiales, desarrollándose tanto su superficie externa como interna, revelándose como sólidos que pueden ser empleados como adsorbentes y soportes catalíticos. Por su parte, la modificación causada por la activación básica dio lugar a la cristalización de la zeolita K-F (Z), presentándose como un método sencillo y eficaz para la síntesis de este material.
Palabras clave:caolín, activación ácida, activación básica.
Technological materials obtained by chemical modification of kaolin
The synthesis of materials of high added value from a natural kaolin has been studied. The kaolin was pre-activated by means of calcination to obtain the metakaolins, which are amorphous solids capable of being modified by simple and non expensive chemical treatments. These solids were then submitted to acid and basic treatments to modify their structure and properties. The acid activation under specific conditions gave place to the synthesis of solids mainly constituted by silica with good textural properties, developing so much their external and internal surface, these solids may be used like adsorbentes and catalytic supports. On the other hand, the basic activation produced the modification of the metakaolins and it gave place to the crystallisation of the zeolite K-F (Z), appearing as a simple and effective method for the synthesis of this material.
Key words:
kaolin, acid treatment, alkaline treatment.
155-158
G. FARGAS, A. MATEO, M. ANGLADA
Dpto. Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica
Universitat Politècnica de Catal
Una de las etapas en el proceso de fabricación industrial de los aceros inoxidables dúplex laminados es el tratamiento térmico de recocido posterior a la laminación en caliente. Si dicho recocido se efectúa en un rango de temperaturas que favorezca la formación de fases intermetálicas, las propiedades mecánicas del material pueden modificarse notablemente. La presencia en la microestructura bifásica de dichos precipitados provoca efectos muy perjudiciales sobre la ductilidad y la tenacidad del material, pudiendo llegar a hacer inviable la posterior etapa de laminación en frío. En el presente trabajo se ha estudiado el efecto sobre el proceso de laminación en frío de la presencia de fase sigma en un acero dúplex tipo E.N. 1.4462. Para simular dicho proceso se han realizado ensayos de compresión sobre probetas con diferentes porcentajes de fase sigma aplicando reducciones de espesor similares a las desarrolladas en la industria. Las probetas ensayadas fueron estudiadas por microscopía óptica, MEB (microscopía electrónica de barrido) y por MET (microscopía electrónica de transmisión). Posteriormente se laminaron a escala de laboratorio algunos de los aceros tratados térmicamente con el fin de corroborar si ofrecían un comportamiento similar al de los ensayos de compresión. Los resultados obtenidos muestran que únicamente el recocido a 975ºC durante 10 minutos permite obtener planchas libre de defectos.
Palabras clave:Aceros inoxidables dúplex, tratamiento térmico, laminación, fase sigma, compresión
Influence of the sigma phase in the cold rolling of duplex stainless steels
One of the steps in the industrial rolling process of duplex stainless steels is the annealing heat treatment after hot rolling. If this annealing is performed in a temperature range that favours the precipitation of intermetallic phases, the mechanical properties can be modified considerably. The formation of these precipitates has a detrimental effect on the DSS ductility and toughness, so it will be a drawback for further cold rolling. In the present investigation, the effect of the sigma phase during cold rolling of a duplex stainless steel type EN 1.4462 has been studied. To simulate this process, compression tests up to a thickness reduction similar to that performed at industrial level have been done. The testing samples were studied by optical microscopy, SEM (scanning electronic microscopy) and TEM (transmission electronic microscopy). Afterwards, some of the annealing conditions were selected in order to carry out cold rolling, using a laboratory scale machine, with the aim to observe if they offered a similar behaviour as that experienced in the compression tests. The results show that only the annealing condition at 975ºC during 10 minutes allows to produce sheets without rolling defects.
Key words:
Duplex Stainless Steel, heat treatment, rolling, sigma phase, compression
159-162
M. I. VEGA, S.F. MEDINA, A. QUISPE, M. GÓMEZ
Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas (CENIM-CSIC), 28005-Madrid
Para conseguir una disolución completa de los nitruros de titanio (TiN) es necesario alcanzar temperaturas próximas a la temperatura de fusión o incluso temperaturas superiores correspondientes al estado líquido. Esto hace que los TiN sean buenos controladores del tamaño de grano austenítico. Esta característica es aprovechada en los aceros estructurales para controlar la evolución de la microestructura en todo el proceso de laminación en caliente y en procesos de aporte de calor como la soldadura en la zona afectada térmicamente (ZAT). Sin embargo, es prácticamente desconocida la influencia cuantitativa que ejercen dichas partículas sobre la resistencia en caliente y sobre la cinética de la recristalización estática, responsable esta última de la evolución microestructural durante la laminación en caliente. En el presente trabajo se ha estudiado la influencia de diferentes composiciones de Ti y N sobre la resistencia en caliente, determinando la tensión pico de las curvas de fluencia y la energía de activación. La influencia sobre la recristalización estática se ha determinado mediante las curvas de fracción recristalizada frente al tiempo y con la energía de activación. Para comprender la influencia de la relación Ti/N de los aceros se realizó un análisis de los precipitados mediante Microscopía Electrónica de Barrido y de Transmisión.
Palabras clave:Relación Ti/N, tensión máxima; recristalización estática; estado de precipitación
Influence of the Ti/N ratio on the strength in the hot deformation and on the static recrystallisation in structural steels
To obtain a complete dissolution of the nitrides of titanium (TiN) is necessary to reach temperatures close to the melting temperature or even higher temperatures corresponding to the liquid state. For this reason, TiN are good controllers of the austenitic grain size. This characteristic is used in structural steels to control the microestructural evolution in the hot rolling and in heat processes like in the welding in the zone affected thermically (ZAT). However, the quantitative influence of TiN particles on the hot deformation strength and on the static recrystallisation, this latter responsible for the microestructural evolution, is practically unknown. In the present work, the influence of different Ti and N compositions on the hot deformation strength have been studied determining the peak stress of the flow curves and the activation energy. The influence on the static recrystallization have been determined by means of the static recrystallisation fraction versus time and with the activation energy. A precipitate study by means of SEM and TEM was done in order to better understand the influence of the Ti/N ratio of the steels.
Key words:
Ti/N ratio, peak stress, static recrystallisation, precipitation state
163-169
J. BARRIGA1; A. IGARTUA1; M. MARÍN1 J.L. ROMERO2, I. GORDOA3; A. MONCLÚS4, D. PLANELL4
1Fundación TEKNIKER, 20600 Eibar, Gipuzkoa
2GSB Forja, 20230 Legazpi, Gipuzkoa
3FPL-GKN, 20230 Legazpi, Gipuzkoa
4FUCHS Lubricantes, 01013 Vitoria
Una de las técnicas más empleadas para mejorar la vida de las herramientas de conformado es la nitruración. En el presente estudio se ha empleado la tecnología de nitruración gaseosa a alta presión aplicada a utillaje de forja en semicaliente y calibrado en frío. La utilización de presiones elevadas potencia el efecto nitrurante de la atmósfera de NH3, por lo tanto presenta una serie de ventajas frente a otras técnicas convencionales. Además, en el marco de este trabajo, se han desarrollado diferentes lubricantes ecológicos para su utilización en estas aplicaciones de conformado y se ha analizado la interacción de estos productos con las superficies nitruradas. En concreto se ha estudiado la introducción de un lubricante grafitado en base vegetal para forja en semicaliente y de varios aceites fosfolubricantes para piezas que sufrirán una transformación en frío. Este análisis se ha llevado a cabo inicialmente en el laboratorio mediante diversos ensayos tribológicos y finalmente en pruebas de campo.
Palabras clave: forja, nitruración, lubricación ecológica, tribología.
Improvement of forging processes using high pressure nitriding and ecological lubrication.
Nitriding is one of the most used techniques to enhance the life in service of forming tools. In this study high pressure gas nitriding technology has been applied in warm and cold forming tools. The utilisation of high pressure enhances the nitriding effect of the NH3 atmosphere and several advantages arise comparing with conventional techniques. Besides of this, in the framework of this project, several ecological lubricants have been developed to be used in both forming applications and the interaction of these products with the nitrurated surfaces has been study. Specifically, it was studied the introduction of a vegetable oil with graphite for warm forging and several phosphor-lubricating oils to be applied in pieces for a cold forming transformation. In a first stage this analysis was carried out in a laboratory by means of tribological tests and lately in field tests.
Key words:
Forging, nitriding, ecologic lubrication, tribology.
168-171
A. C. CARCEL, C. FERRER, M. A. PEREZ
Departamento de Ingeniería Mecánica y de Materiales, Universidad Politecnica de Valencia
El presente trabajo es una contribución al estudio del comportamiento tribológico entre chapas y matriz durante el proceso de estampación. Se ha llevado a cabo sobre chapas electrocincadas seleccionadas de bobinas que fallaron por roturas durante la estampación de piezas de carrocerías. Un numero similar de bobinas que permitieron una estampación correcta ha sido también sometido a estudio como referencia. El comportamiento tribológico en condiciones de lubricación límite y las diferencias entre distintos tipos de chapas puede interpretarse y justificarse por la diferente topografía original y su contribución a la generación de la superficie real de contacto Sc. Las chapas con un una topografía inicial con bajos valores de material portante en la curva de Abbot-Firestone, con altos valores de Rpk y bajos de Mr1, presentan bajo condiciones de lubricación límite menores valores de Sc y coeficientes de fricción estables, permitiendo una embutición correcta.
Palabras clave:embutición, chapas recubiertas, lubricación límite, topografía superficial,
Friction mechanisms during stamping of zinc electrocoated sheets for car body panels
This work was carried out on electrolytic zinc coated steel sheets, and was aimed at understanding and justifying the onset of fractures found in some samples during real stamping of automotive parts. For comparison purposes, a set of samples obtained from zinc coated steel sheets that showed lower friction values was also analysed. Samples that failed by fracture show values of coefficient of friction under BL conditions higher and unstable. This behaviour can be justified by differences in the original surface topography and by a different evolution of the real surface ratio Sc, in contact with the tools. Coils with surface topography having lower values of material ratio in the Abbot-Firestone curve, that is, with higher values of Rpk and lower values of Mr1, contribute to maintain low values of Sc under boundary lubrication conditions and to guarantee stable and low friction coefficient values, allowing correct stamping.
Key words:
stamping, zinc coated sheets, boundary lubrication, surface topography, surface texture
172-174
J. ALKORTA, C. GARCÍA-ROSALES, J. GIL
Departamento de Materiales, Centro de Estudios e Investigaciones Técnicas (CEIT) y TECNUN
(Campus Tecnológico, Universidad de Navarra), 20009 San Sebastián, Spain
Varias muestras de aluminio 5083 se han sometido a extrusiones en canal angular de 90º a 270ºC. A continuación se midieron las durezas de las muestras obtenidas y se caracterizó la textura en el plano perpendicular a la dirección de extrusión mediante Rayos-X y difracción de electrones retrodispersados (EBSD). La caracterización microestructural se hizo mediante microscopio óptico y EBSD. Se ha observado que la dureza aumenta sensiblemente con el grado de deformación y que alcanza un nivel máximo de saturación a partir de ε∼4. En cuanto a la textura, se observa que los planos {111} tienden a orientarse paralelos al plano de la última cortadura.
Palabras clave:Extrusión en canal angular (ECAE); Microdureza; Textura; EBSD; Estructuras de grano ultrafino.
Obtaining ultra-fine grained (UFG) structures in an aluminium alloy by equal-channel angular extrusion (ECAE)
Al 5083 samples have been subjected to 90º equal-channel angular extrusion (ECAE) at 270ºC. After ECAE, the microhardness was measured and the texture for the plane perpendicular to the extrusion direction was analysed by X-Rays and EBSD. The microstructure was characterized by optical microscopy and EBSD. As deformation accumulates the hardness increases until it reaches saturation at an effective strain of about ε∼4. With regard to the texture, it has been shown that a high density of {111} planes are oriented parallel to the shear plane of the last pass.
Key words:
Equal-channel angular extrusion (ECAE); Microhardness; Texture; EBSD; Ultrafine grained (UFG) structures.
175-178
M. GARCÍA DE LOMANA1, A. RODRÍGUEZ1, J. TAMAYO1, C. ZUBILLAGA2, C. GARCÍA-ROSALES2, J. GIL SEVILLANO2
1Campus Tecnológico Universidad de Navarra (TECNUN), 20009 San Sebastián
2Centro de Estudios e Investigaciones Técnicas de Guipúzcoa (CEIT), 20009 San Sebastián
El valor del índice r de chapas de aluminio es bajo debido a la textura obtenida tras los procesos convencionales de laminación y recocido. Un incremento de la componente <111>//DN da lugar a un aumento del índice r en metales bcc y también fcc. Sin embargo, la textura <111>//DN no puede producirse en éstos últimos a partir de procesos convencionales de laminación y recocido, pero esta orientación constituye una de las componentes principales de la textura a cortadura en metales fcc. Por tanto, la introducción de deformación a cortadura paralela al plano de laminación durante el proceso de laminación del aluminio conducirá a una mejora de la embutibilidad. En este trabajo se han estudiado las texturas y los índices r– y Δr de chapas de Al 1050 y Al-Mg 5754 tras laminación asimétrica. La laminación se ha realizado con los rodillos dispuestos de tal manera que uno gira al doble de velocidad que el otro. Se ha conseguido aumentar fuertemente la componente <111>//DN respecto a la textura de laminación convencional, lo cual supone un incremento significativo del índice r–, aunque el valor de Δr es grande. Esta textura se puede retener tras recocidos de restauración.
Palabras clave: laminación asimétrica; chapas de aluminio; deformación a cortadura; textura; índice r
Modification of textures and drawability values of sheets of aluminum alloys al 1050 and al-mg 5754 by means of asymmetric rolling
The r -value of aluminum sheets is low because of the texture obtained after conventional rolling and annealing processes. An increase of the <111>//ND component results in an increment of the r -value not only in bcc metals, but also in metals with fcc structure. However, the <111>//ND texture cannot be obtained in fcc metals by a conventional rolling and annealing process, but this orientation is one of the main components of the shear texture in fcc metals. Consequently, the introduction of shear deformation parallel to the rolling plane during the aluminum rolling procedure will result in an improvement of its drawability. In this study the texture as well as the r– and Δr-values of sheets of Al 1050 and Al-Mg 5754 has been investigated after asymmetric rolling. The rolling process was performed with the rolls arranged in such a way that one rotates a double velocity than the other one. A considerable increase of the <111>//ND component with respect to the texture of conventional rolling has been achieved, resulting in a significant increase of the r– -value, even though the Δr-value is large. This texture can be retained by recovering annealing.
Key words:
asymmetric rolling; aluminum sheets, shear deformation; texture; r-value
179-181
J. M. SÁNCHEZ1, M. MARCOS1, M. Á. SEBASTIÁN2, M. SÁNCHEZ1, J. M. GONZÁLEZ1
1Departamento de Ingeniería Mecánica y Diseño Industrial. Universidad de Cádiz. Escuela Superior de Ingeniería. 1003-Cádiz.
2Departamento de Ingeniería de Construcción y Fabricación. UNED. Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales. 28080-Madrid.
La Fuerza de Corte, F, es uno de los parámetros de salida que puede proporcionar una mayor información sobre un determinado proceso de mecanizado. Su valor depende de una elevada cantidad de parámetros como el material y geometría de la herramienta, el material a mecanizar o los propios parámetros de corte. En este trabajo se analiza el comportamiento de la fuerza de corte en función del avance, a, y la velocidad de corte, v, en el torneado horizontal de la aleación AA2024 a una profundidad de pasada constante. A partir de este análisis, combinando las relaciones marginales F(v) y F(a), se ha podido establecer una relación paramétrica F=F(v,a), que permite, en primera aproximación, predecir el valor de F para unas condiciones de trabajo dependientes de las variables consideradas.
Palabras clave:Fuerza de corte, Torneado, Velocidad de corte, Avance, AA2024.
Cutting Force Parametric Model for Turned AA2024 Alloy Workpieces.
In this work, cutting force, F, is analysed as a function of cutting speed (v) and feed (a) for dry turning processes of AA2024 (Al-Cu) alloy bars. A parametric model F=F(v,a) is proposed by combining F(v) and F(a) single relations. The parametric relation so obtained allows predicting de cutting force values for machining conditions that depend on those variables.
Key words:
Cutting Force, Turning, Cutting Speed, Feed, AA2024.
182-185
S. Gómez1, J. Oñoro2, J.P. Pecharromán1
1 Dept. Mecánica Industrial. E.U. I.T. Industrial. U. Politécnica de Madrid.
2Dept. Ingeniería y Ciencia de los Materiales. ETSI Industriales. U. Politécnica de Madrid.
Nos referimos al estudio de las uniones híbridas estructurales, entendiendo como tales aquellas uniones en las que los elementos de unión tienen como misión principal trasmitir las cargas entre adherentes. Concretamente presentamos las denominadas uniones híbridas porque están resueltas mediante la combinación de una unión mecánica convencional (atornillada o remachada) y un adhesivo cianoacrilato. El estudio ha abordado siempre cargas estáticas tanto de tracción como de cortadura, aunque en este trabajo solo se incluyen las primeras. El propósito del trabajo es conocer el funcionamiento de las uniones híbridas, analizando el grado de acoplamiento de los elementos usados en su resolución y, sobre todo, la influencia del adhesivo cuando es incorporado a una unión mecánica convencional. El método usado para el análisis es fundamentalmente experimental, ensayándose uniones puras resueltas con elementos mecánicos (tornillos o remaches) en unos casos y, con adhesivo, en otros. Posteriormente se realizaron los ensayos sobre las uniones híbridas, combinando el adhesivo con el correspondiente elemento mecánico. En todos los casos, el diseño de las probetas y de las propias uniones ha sido analizado en profundidad. Los resultados obtenidos son producto de la comparación del comportamiento de las uniones anteriormente descritas, pudiendo concluir que: si a las uniones mecánicas estudiadas se les añade adhesivo del tipo cianoacrilato, aumentan sensiblemente su resistencia.
Palabras clave:uniones híbridas estructurales
Structural hybrid joints with cyanoacrylate adhesive
This paper deals with the study of structural hybrid joints. The hybrid term is due to the combination of a conventional mechanical joint (screwed or riveted) and a cyanoacrylate adhesive. The main task of the elements of the joints is to transmit the loads from one to another adherent. We have approached the problem of tensil static loads. The objective of the present work is to know the performance of these joints by observing how the elements of the joints operate together and, specially, what is the effect of the adhesive when is incorporated to a conventional mechanical joint. The following joints have been tested: mechanical joints with rivets, mechanical joints with screws, adhesive joints and hybrid joints (mechanical element and adhesive). A wide variety of factors have been considered in the specimens design and, specially, in the joints. Conclusions are obtained from the comparison of the performance of all described type of joints. The most significant conclusion is that if a cyanoacrylate adhesive is used with a mechanical element in a joint, the resistant performance of the joint is rather greater.
Key words:
structural hybrid joints
186-189
A. QUISPE1, S. F. MEDINA1, P. VALLES2, M. GÓMEZ1
1Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas (CENIM), Madrid, España.
2Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), Torrejón de Ardoz, Madrid, España.
Mediante ensayos de torsión y haciendo uso del método conocido como “Back Extrapolation” se ha determinado la cinética de recristalización estática de dos aceros microaleados con V y Nb, respectivamente, y a partir de las mismas ha sido posible dibujar los diagramas recristalización-precipitación-tiempo-temperatura (RPTT). Los diagramas RPTT muestran gráficamente la interacción Recristalización-Precipitación y simultáneamente permiten la determinación de la Temperatura Crítica de Recristalización Estática (SRCT). Dicha temperatura crítica representa el límite entre las dos fases, antes y después de la precipitación. También se ha determinado la energía de activación de la recristalización estática de la austenita antes y después de la precipitación. El presente estudio es completado con la determinación de los diagramas de distribución del tamaño de los precipitados a través del análisis por TEM.
Palabras clave:Aceros microaleados; precipitación; diagrama RPTT; distribución de tamaños.
Evolution of strain induced precipitation in Nb and V-microalloyed steels and influence on mechanical properties.
By means of hot torsion tests and applying the “Back Extrapolation” method, the static recrystallization kinetics in V and Nb-microalloyed steels has been determined and the recrystallization-precipitation-time-temperature (RPTT) diagrams have also been plotted. The RPTT diagrams graphically show the Recristalization-Precipitation interaction and simultaneously the determination of the static recrystallization critical temperature (SRCT). The mentioned temperature represents the limit between the two phases, before and after of the precipitation. The activation energy for static recrytallization of the austenite before and after precipitation has also been determined. The present study is completed with the determination of the precipitate size distribution diagrams by means of TEM analysis.
Key words:
Microalloyed steels; precipitation; RPTT diagram; size distributions.
190-192
E. OTERO, M.V. UTRILLA, A. UREÑA, C.J. MÚNEZ
Universidad Rey Juan Carlos, Escuela Superior de Ciencias Experimentales y Tecnología. 28933 Móstoles, Madrid, España.
Se realiza el estudio de la resistencia a la corrosión por picadura de un acero inoxidable AISI 304 de composición modificada, encaminada a la reducción de las inclusiones de comportamiento anódico respecto a la fase austenita. Se realizaron ensayos de inmersión en FeCl3, según ASTM G48-00, y ensayos electroquímicos de polarización en un medio clorurado (3,5% en peso NaCl) del acero AISI 304 modificado junto con otros aceros AISI 304 y 316 de composición clásica. También se comparó frente a otros aceros inoxidables con una menor cantidad de Ni en su composición. Se observó que en ambos casos el comportamiento del acero de composición modificada presentaba un mejor comportamiento a la corrosión por picadura.
Palabras clave:Corrosión, Picadura, Acero Inoxidable
Influence of chemical composition on pitting corrosion resistance of stainless steels.
Pitting corrosion resistance of a modified AISI 304 has been studied. Corrosion test were carried out in FeCl3 solution according to ASTM G48-00, and in 3,5 wt% NaCl one by electrochemical method. The corrosion behaviour of the modified AISI 304 has been compared with ordinary AISI 304, AISI 316 and austenitic stainless steels with low nickel contents. For all these test, modified AISI 304 showed a improved behaviour against the pitting corrosion.
Key words:
Pitting Corrosion, Stainless Steels
193-195
F.A. Corpas1, F.J. Iglesias2, J.M. Ruiz2, S. Codina1, J.M. Ruiz2, v. García2
(1) E.U.P. de Linares. Universidad de Jaén, C/ Alfonso X el Sabio 28. Linares (Jaén).
(2) E.T.S.I. de Minas de Madrid. Universidad Politécnica de Madrid, C/ Ríos Rosas. Madrid.
En este trabajo hemos estudiado la resistencia a la corrosión que presentan los aceros inoxidables ferríticos 430L fabricados por procedimientos pulvimetalúrgicos. Hemos evaluado y comparado distintas series de aceros inoxidables 430L sinterizados, templados y madurados a diferentes temperaturas en atmósfera de nitrógeno, introduciéndolos en varios medios corrosivos de distinta naturaleza.
Por último, se determinó la microestructura, mediante microscopía electrónica de barrido. Los mejores valores de resistencia a la corrosión se encuentran para los aceros tratados a 300ºC y 600ºC.
Palabras clave:Acero inoxidable, resistencia a la corrosión, picaduras, niebla salina.
Behavior in different corrosive environments of the AISI 430L stainless steels P/M.
In this paper we have studied the resistance to corrosion of the 430L ferritic stainless steels, manufactured by powder metallurgy. We have compared the behaviour of the different series of 430L stainless steels sintered, tempered and annealing, in different corrosive environments. Finally, the microstructure of the steels was determined by means of scanning electron microscopy. The better resistance to corrosion are produced in the steel annealing to 300ºC and 600ºC.
Key words:
Stainless Steels, resistance to corrosion, pitting, salt spray test chamber.
196-199
A. JIMÉNEZ-MORALES, E. M. RUIZ-NAVAS, J. B. FOGAGNOLO, J. M. TORRALBA
Este trabajo trata de analizar el comportamiento frente a la corrosión de una serie de materiales compuestos, así como de estudiar la influencia del refuerzo y el tipo de molienda con respecto a la aleación base sin reforzar. Para ello, se ha fabricado una serie de materiales compuestos con matriz de aluminio, aleación 6061, reforzados con un 5% en peso de Si3N4, ZrB2 y AlN, empleando como técnicas de mezcla y homogeneización dos tipos de molienda, de baja y alta energía, respectivamente. El trabajo se ha basado principalmente en el estudio de la evolución con el tiempo del potencial de corrosión, del potencial de picadura y de la zona pasiva de cada material por técnicas electroquímicas de corriente continua. Los resultados más significativos revelan la influencia tanto del refuerzo como del empleo de las distintas técnicas de mezcla, tanto en el potencial de corrosión como en el de picadura.
Palabras clave:Materiales Compuestos de Matriz Metálica, Aluminio, Corrosión, Molienda de Alta Energía, Potenciometría.
Influence of the composition and processing conditions on the corrosion resistance of aluminium-based composite materials
This work tries to analyze the corrosion behavior of a serie of composite materials, as well as to study the influence of the reinforcement and milling technique on the unreinforced base alloy corrosion resistance. For this purpose composite materials, base 6061 aluminum alloy and reinforced with Si3N4, ZrB2 and AlN (5% wt.) have been manufactured, by means of both low and high energy milling techniques for the blending step. The study is mainly focused on the evolution of the corrosion potential versus time, pitting potential as well as the pasive zone of each material by means of continuous current electrochemical techniques. The most significant results reveal the influence of the reinforcement as well as the employment of different blending techniques, both on the corrosion and pitting potential.
Key words:
Metal Matrix Composites, Aluminium, Corrosion, High-Energy Milling, Potenciometric curve.
200-202
F.J. BELZUNCE1, C. RODRIGUEZ2, H. CASTRO2
Se ha realizado un estudio sobre la resistencia a la corrosión de barras corrugadas de acero inoxidable utilizadas en construcción civil para armar el hormigón. Con este objeto se han realizado diferentes ensayos electroquímicos en presencia de un medio acuoso básico, que simula el contacto con hormigón contaminado con sal, y se ha determinado la velocidad de corrosión y la resistencia a la formación de picaduras de diferentes calidades de aceros inoxidables (austeníticos y dúplex), tanto conformadas en caliente como en frío.
Palabras clave:Corrosión. Aceros inoxidables. Barras corrugadas
Corrosion resistance of stainless steel reinforced bars in contact with simulated concrete
The corrosion behaviour of stainless steel reinforced bars used in civil engineering was studied. Different electrochemical tests were performed using several stainless steel bars (austenitic and duplex), hot and cold rolled, in the presence of a solution, which simulates the contact with salt contaminated concrete. The corrosion rates were determined and also their behaviour against localized corrosion (pitting).
Keywords: Corrosion. Stainless steels. Reinforced bars.
Key words:
Corrosion. Stainless steels. Reinforced bars.
203-205
L. F. VERDEJA1, R. PARRA2, R. PARADA3, A. ALFONSO 1, C. MARCOS 4, C. GOÑI5 , Mª. F. BARBÉS 1
El Modelo de Desgaste Nodal (MDN) constituye una herramienta de trabajo aplicable al estudio de los procesos de corrosión diferencial en los convertidores Peirce - Smith (CPS) con el propósito de alcanzar mejoras significativas en duración y productividad de las diferentes alternativas que se puedan manejar del revestimiento. La aplicación del MDN al CPS precisa del conocimiento de los mecanismos de desgaste existentes y la definición de las ecuaciones de corrosión. Con el MDN se interpretan los resultados de corrosión en la zona de toberas del CPS.
Palabras clave:Convertidor Peirce-Smith. Desgaste. Modelo de Desgaste Nodal.
Nodal Wear Model in the corrosion Peirce – Smith copper convertor
The Nodal Wear Model (NWM) constitutes a tool of applicable work study the processes of differential corrosion in the Peirce – Smith convertor (PSC) with the purpose of reaching significant improvements in duration and productivity of the several alternatives that one could utilize of the coating.
For the application of the NWM to CPS is necessary of the knowledge the mechanisms of existent waste and the definition of the corrosion equations. With the NWM the outputs of corrosion in the tuyere zone of CPS are interpreted.
Key words:
Peirce - Smith convertor. Corrosion. Nodal Wear Model (NWM).
206-208
A. ABALLE, M. BETHENCOURT, F.J. BOTANA, J.M. SÁNCHEZ-AMAYA, M. MARCOS1
En el análisis de señales de ruido electroquímico se emplean frecuentemente parámetros estadísticos para evaluar distintos procesos de corrosión. Algunos de los parámetros más utilizados son la media del potencial, la desviación estándar de la corriente, y la resistencia de ruido. En la bibliografía se encuentran descritos múltiples ejemplos en los que estos parámetros han sido utilizados con éxito. No obstante, su empleo puede conducir a interpretaciones erróneas en el caso de que las señales a analizar presenten una alta asimetría. Para el estudio de sistemas que dan lugar a señales con estas características, en este trabajo se propone utilizar parámetros alternativos que conducen a una interpretación más fiable de los registros experimentales. Concretamente, se propone el empleo de parámetros tales como la Mediana, la Desviación Absoluta de la Mediana (DAM) y la resistencia de ruido calculada a partir de los parámetros anteriores.
Palabras clave:Ruido Electroquímico, Corrosión, Resistencia de Ruido, Mediana, Desviación Absoluta de la Mediana.
Median Absolute Deviation (MAD) applied to the analysis of electrochemical noise
Statistical parameters are usually applied for analysing electrochemical noise signals coming from corroding systems. Thus, among those, mean voltage, current standard deviation and noise resistance have been both frequently and successfully used to analyse ENM data. However, their application can lead to wrong interpretations when asymmetric signals are analysed. For studying this kind of signals, alternative parameters are proposed in this paper in order to get reliable interpretations of experimental data. These statistical parameters are Median, Median Absolute Deviation (MAD), and a new Noise Resistance (calculated through MAD).
Key words:
Electrochemical Noise, Corrosion, Noise Resistance, Median, Median Absolute Deviation.
209-211
M. BETHENCOURT, F.J. BOTANA, M.J. CANO, R.M. OSUNA, M. MARCOS1
Los recubrimientos orgánicos, especialmente las pinturas, son uno de los métodos de protección más ampliamente empleados para evitar la corrosión del acero. Su bajo coste y facilidad de aplicación son unas de las principales razones por las que, aproximadamente, el 90% de la totalidad de las superficies metálicas se protegen con pinturas. En este trabajo se estudia el comportamiento de una pintura acrílica de base agua aplicada sobre un acero de uso frecuente en la Industria Naval. Para dicho estudio, las muestras pintadas se sometieron a ensayos electroquímicos de Polarización Lineal y Espectroscopía de Impedancia Electroquímica en disolución de NaCl al 3.5%, tras diferentes periodos de inmersión en este medio.
Palabras clave:Pintura base agua, Acero, Resina acrílica, Polarización Lineal, EIS
Waterborne Paints Anticorrosive Behaviour on Steels
Organic coatings, mainly paints, are one of the most important methods for protecting steel against corrosion. Both their low cost and easy applicability are between the reasons for selecting them as a method for protecting approximately 90% of the structures exposed to atmosphere. In this work, anticorrosive properties of an acrylic waterborne paint applied to a naval steel have been evaluated in NaCl at 3.5% solutions by means of electrochemicals techniques, such as Linear Polarisation and Electrochemical Impedance Spectroscopy.
Key words:
Waterborne paint, Steel, Acrylic resin, Linear Polarisation, EIS
212-215
E. CANO, J. SIMANCAS, L. NARVÁEZ, J. M. BASTIDAS
En la actualidad hay un gran interés por estudiar la corrosión ocasionada por contaminantes existentes en atmósferas interiores, fundamentalmente ácidos orgánicos. De entre ellos, el más importante es el ácido acético. En este trabajo se ha estudiado la corrosión del cobre por exposición a vapores de ácido acético, a tres concentraciones (10, 100 y 300 ppm), a humedades relativas (HR) del 40 y 80 % y con un tiempo de exposición de 21 días. La velocidad de corrosión se ha cuantificado por métodos gravimétricos, obteniendo velocidades de corrosión de entre 0,08 y 0,17 mg/(dm2·día) (mdd) para el 40 % HR, y entre 0,11 y 6,53 mdd para el 80 % HR. Los productos de corrosión se han caracterizado por espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS) combinada con decapado por iones Argón. Los principales productos de corrosión encontrados fueron cuprita [Cu2O], hidróxido de cobre [Cu(OH)2] y acetato de cobre [Cu(CH3COO)2].
Palabras clave:Corrosion en interiores, cobre, ácidos orgánicos, ácido acético.
Study of copper corrosion by acetic acid vapours at 40 and 80% relative humidities.
Recently, there has been an increasing interest in the study of corrosion originated by pollutants in indoor environments, mainly organic acids. Amongst them, the most important is acetic acid. Copper corrosion originated by acetic acid vapours has been studied in this work, at three vapour concentrations (10, 100, and 300 ppm), at 40% and 80% relative humidity (RH) for a period of 21 days. Corrosion rate, obtained using gravimetric methods, was in the range from 0.08 to 0.17 mg/(dm2·day) (mdd) for 40% RH and from 0.11 to 6.53 mdd for 80% RH. Corrosion products have been studied using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and argon-ion sputtering techniques. The main compounds found were cuprite [Cu2O], copper hydroxide [Cu(OH)2] and copper acetate [Cu(CH3COO)2].
Key words:
Indoor corrosion, copper, organic acids, acetic acid.
216-219
B. CHICO, A. LÓPEZ-DELGADO, Mª Á. LOBO, D. DE LA FUENTE, J. G. CASTAÑO, F. A. LÓPEZ, M. MORCILLO
Es de sobra conocida la influencia que ejerce la temperatura en la capacidad resistente del acero estructural. Un sistema de protección del acero, altamente efectivo y de uso creciente, consiste en la utilización de pinturas intumescentes, las cuales en el caso eventual de un incendio, retardan la acción destructora del mismo. Su efectividad se basa en el hecho de que al entrar en contacto con la llama reaccionan hinchándose y formando una capa aislante que se denomina intumescencia y que impide la propagación del calor. Aunque en general estas pinturas no precisan de un mantenimiento continuo, su comportamiento en servicio depende de las condiciones de exposición. Este trabajo estudia el comportamiento de un sistema intumescente de tipo caucho acrilado expuesto en dos atmósferas de exterior. Al mismo tiempo se estudia también dicho sistema protegido mediante la aplicación de una capa de acabado posterior. La capacidad de intumescer del recubrimiento ha sido medida antes y después de la exposición a la atmósfera correspondiente, mediante ensayos de resistencia al fuego aplicados a escala de laboratorio. La evolución con el tiempo de exposición del comportamiento del recubrimiento ha sido estudiada mediante análisis térmico (TG/DTA) y espectroscopía infrarroja (FTIR).
Palabras clave:intumescencia, resistencia al fuego, protección del acero, TG/DTA, FTIR
Atmospheric degradation of an intumescent paint coating
The influence exerted by temperature on the resistant capacity of structural steel is well known. A highly efficient and increasingly widely used protection system for steel consists of the application of intumescent paints, which in the case of fire retard its destructive action. Their effectiveness is based on the property that when they come into contact with flames they react by swelling to form an insulating layer, referred to as intumescence, which impedes the propagation of heat. Though in general these paints do not require continuous maintenance, their service behaviour depends on the exposure conditions to which they are exposed. This paper studies the behaviour of an acrylated rubber type intumescent system exposed to two outdoor atmospheres. The same system is also studied with the protection of a topcoat paint layer. The coating’s capacity to intumesce has been measured before and after its exposure to the corresponding atmospheres by means of fire resistance tests applied at laboratory scale. The evolution of the coating’s behaviour with exposure time has been studied by means of thermal analysis (TG/DTA) and infrared spectroscopy (FTIR).
Key words:
intumescence, fire resistance, protection of steel, TG/DTA, FTIR.
220-223
E. M. TEJADA-ROSALES, N. CASAÑ-PASTOR, P. GÓMEZ-ROMERO*
En este trabajo se describe la oxidación anódico de electrodos de plata y de cobre en medios básicos. Se han utilizado tanto medios acuosos como hidróxidos fundidos (eutéctico NaOH/KOH). Los procesos de oxidación se han estudiado mediante voltametría cíclica y cronoamperometría, y las fases resultantes han sido caracterizadas por difracción de Rayos X. Los rangos de estabilidad encontrados para cada uno dependen del medio utilizado. Además de óxidos conocidos de cobre y de plata, se ha aislado un nuevo óxido de plata.
Palabras clave:Oxidacíon electroquímica, hidróxidos fundidos, óxidos de plata y cobre
Electrochemical Oxidation of Silver and Copper in Aqueous Basic Media and in Fused Hydroxide Electrolytes.
The anodic oxidations of copper and silver electrodes in basic media are reported. Experiments were conducted both in aqueous NaOH solutions and in a flux of molten NaOH/KOH eutectic. The oxidation processes were studied by means of cyclic voltammetry and chronoamperometries and the phases obtained were systematically characterized by x-ray diffraction. The ranges of stability of each phase in the different media studied are reported. In addition to known oxides of copper or silver, a new silver oxide was isolated.
Key words:
Electrooxidation, molten hydroxides, silver-copper oxides
224-228
J. M. BADÍA, J. M. ANTORANZ, P. TARÍN, C. LÓPEZ DEL CASTILLO, A. G. SIMÓN, N. M. PIRIS
En este trabajo se estudia el efecto de la aplicación de una etapa de remaduración posterior al estado T6 sobre las propiedades mecánicas y el comportamiento a corrosión bajo tensiones de una aleación EN AW 7075. Todas las remaduraciones se dieron durante 27 horas a tres temperaturas distintas: 147, 152 y 163 ºC; esta última corresponde a la indicada por la norma MIL-H-6088F para la obtención del estado T73 a partir del estado T6. Se evalúan las propiedades mecánicas y a corrosión bajo tensiones de estos tratamientos, teniendo como referencia los tratamientos T6 y T73. Se analiza la evolución de la microestructura con técnicas de microscopia electrónica de transmisión (TEM) y ensayos de calorimetría diferencial de barrido (DSC) y se compara con las propiedades obtenidas.
La remaduración posterior al T6 produce una estructura más estable según aumenta la temperatura, disminuyendo la susceptibilidad a corrosión bajo tensiones. Para temperaturas inferiores a 147 ºC, esta reducción no va acompañada de una disminución en las propiedades mecánicas. La remaduración a 147 ºC tiene mucho mejor comportamiento a corrosión bajo tensiones que el T6, sin deteriorar sus propiedades mecánicas. La remaduración a 152 ºC proporciona características a corrosión bajo tensiones algo peores a las del T73, con mejores propiedades mecánicas.
Palabras clave:Aleaciones de Aluminio,7075, corrosión bajo tensiones, tratamientos térmicos, microestructura, propiedades mecánicas.
Influence of overaging on the mechanical properties and stress corrosion cracking behaviour of 7075 T6 aluminium alloy.
The effect of a reageing heat treatment following a T6 temper on the mechanical properties and the stress corrosion cracking behaviour (SCC) on the EN AW 7075 aluminium alloy is studied. The reageing time was 27 hours for all the temperatures used: 147, 152 and 163 ºC; this last temperature is indicated in the MIL-H-6088F standard to obtain the T73 temper from the T6 temper. The mechanical properties and the stress corrosion behaviour are evaluated and, compared with the T6 and T73 tempers. The evolution of the microstructure is analysed with transmission electron microscopy (TEM) and differential scanning calorimetry (DSC) techniques, and related with the properties.
The reageing following to the T6 temper made a more stable structure higher the temperature, and, consequently, lowing the stress corrosion susceptibility. For temperatures lower than 147 ºC, this diminution of stress corrosion susceptibility occurs without reducing the mechanical properties. So, the 147 ºC reageing heat treatment has better stress corrosion behaviour than the T6 temper, with similar mechanical properties. By the other hand, the stress corrosion susceptibility achieved with the 152 ºC reageing is slightly worse than the T73 one, but their mechanical properties are better.
Key words:
Aluminium alloys,7075, stress corrosion cracking (SCC), thermal treatments, microstructure, mechanical properties.
230-232
S.B. FARINA1, G.S. DUFFÓ1,2, J.R. GALVELE1,2
Se estudió la susceptibilidad a la corrosión bajo tensión (CBT) de materiales hcp: titanio, circonio y Zircaloy-4, en soluciones de yodo en metanol, por medio de la realización de ensayos de tracción a velocidad lenta de deformación hasta rotura de la probeta o interrumpidos antes de que ella ocurra. En todos los sistemas se encontró CBT, pero previo a la propagación de las fisuras se determinó la existencia de ataque intergranular asistido por tensiones, debido a disolución anódica de los bordes de grano. El paso controlante del proceso global es la difusión del yodo complejado con la molécula de metanol al fondo de la fisura durante la propagación. Se demostró que es necesario que se produzca la rotura local de la película pasivante para inducir CBT en estos materiales. Este fenómeno es producido por el efecto químico del yodo sobre los óxidos de titanio y circonio. Cuando la profundidad del ataque intergranular alcanza un determinado valor, se produce la transición a un modo de propagación transgranular, que es el “ verdadero” fenómeno de CBT. Los resultados fueron analizados a la luz del mecanismo de CBT basado en la movilidad superficial.
Palabras clave:circonio, titanio, zircaloy-4, yodo, corrosión bajo tensión.
Application of the surface-mobility stress corrosion cracking mechanism to h.c.p. metals in iodine solutions
Stress corrosion cracking (SCC) susceptibility of some h.c.p. metals: titanium, zirconium and one of its alloys, Zircaloy-4, was investigated in iodine-methanol solutions. Slow strain rate tests were carried out until the rupture of the specimens, in some cases interrupted strain rate tests were conducted. SCC was observed in all the systems studied, but preceding crack propagation, intergranular attack was found in all cases, and this intergranular attack was due to anodic dissolution of the grain boundaries. The rate controlling step is the diffusion of iodine to the tip of the advanced crack. It was also demonstrated, that it is necessary to locally disrupt the passive film to induce SCC in these materials and this is done by the chemical effect of the iodine molecules on both, titanium and zirconium oxide film. Once the intergranular attack reaches a certain value, a transition to a transgranular cracking mode occurs. This last step was identified as the “true” SCC process. The surface-mobility SCC mechanism was applied to explain the results obtained.
Key words:
zirconium, titanium, zircaloy-4, iodine, stress corrosion cracking.
233-236
A. UREÑA, E. OTERO, M.V. UTRILLA, P. RODRIGO
Los materiales compuestos estudiados están constituidos por una aleación AA2009 reforzada con un 15% en volumen de SiC en forma de whiskers y de partículas. Mediante técnicas de polarización cíclica se compara el comportamiento de ambos materiales, en estado de recepción y sometidos a tratamientos térmicos, frente a la corrosión por picadura en disolución acuosa desaireada de NaCl al 3,5% en peso; determinándose el potencial de picadura (Epic), el potencial de corrosión (Ecorr) y la densidad de corriente (icorr). Ambos materiales presentaron un potencial de picadura muy similar. También se han llevado a cabo medidas electroquímicas para evaluar el Ecorr y la icorr en función de tiempo de exposición. Los valores de Ecorr obtenidos son más nobles en el caso de la aleación sin reforzar que para el material compuesto, lo que indica un mejor comportamiento en este medio. La caracterización de los materiales y de los mecanismos que rigen la corrosión se ha realizado mediante microscopía de barrido (SEM).
Palabras clave:Material compuesto de matriz de aluminio, SiC, corrosión.
Corrosion mechanisms of aluminium- silicon carbide composites
Tested composites were constituted by an AA2009 (Al-Cu-Mg) aluminium alloy reinforced with 15 % of SiC, studding two different of morphologies: particles and whiskers. Cyclic polarisation measurements were done in a deaerated aqueous solution of NaCl (3,5 weight %) on both kind of composites, for comparative purposes. The following properties were determined from these corrosion tests: pitting potential (Epit), corrosion potential (Ecorr) and corrosion density (icorr). Epit is similar for both materials. Electrochemical tests were performed to evaluate Ecorr and icorr versus time. The corrosion potential is more noble for the aluminium alloy without reinforcement. Finally, materials were observed by SEM to characterize the corrosion mechanisms.
Key words:
Aluminum matrix composites, SiC, corrosion.
237-242
M. P. Rodríguez1, J. F. Almagro2, J. Botella2, P. Valerga1
1 Universidad de Cádiz, Facultad de Ciencias11510- Puerto Real (Cádiz)
2 ACERINOX, S.A., Centro de Investigación y Ensayos 11370-Los Barrios (Cádiz)
Los aceros dúplex austeno-ferríticos están constituidos por ferrita y austenita en proporciones variables del 30 % al 70 %. Su composición química condiciona los procesos de envejecimiento que sufren durante los tratamientos térmicos, cuando se generan fases que endurecen y fragilizan el material. Este trabajo estudia la evolución de un nuevo inoxidable dúplex con bajo contenido en níquel y alto en nitrógeno y manganeso a 1123 K (temperatura crítica de precipitación) y tiempos de hasta 8 horas, comparándola con las de dos dúplex clásicos (2205 y 2507). El estudio, mediante medidas magnéticas, DRX y microscopías óptica y electrónica de barrido con microanálisis, reveló un comportamiento general similar en los tres aceros. El nuevo material presenta mayor estabilidad inicial, probablemente debido al elevado contenido en nitrógeno y manganeso, aunque produce la mayor cantidad de transformación final debido a la mayor cantidad inicial de ferrita. Para la identificación correcta de las fases se realizó un análisis comparativo determinando las composiciones químicas de las fases generadas.
Todos los aceros ensayados están inicialmente constituidos por ferrita y austenita. Tras el envejecimiento, 8 horas a 1123 K, en el acero dúplex 2205 se observa una abundante formación de sigma, siguen presentes la austenita y parte de la ferrita original; en el dúplex 2507 la ferrita transforma totalmente y se identifican austenita, sigma, austenita secundaria y nitruros de cromo; respecto al nuevo dúplex DBNi, tras el tratamiento, se detecta austenita, ferrita, fases sigma y chi y nitruros de cromo.
Palabras clave:Acero inoxidable. Acero dúplex. Fase sigma. Fase chi. Composición química.
Phase transformation kinetics at 850° C of classic duplex stainless steels (2205 y 2507) and a new one with low nickel and higher manganese content (DBNi)
Austenitic-ferritic stainless steels are formed by ferrite and austenite in a variable proportion between 30 % and 70 %. Their chemical composition conditions the ageing processes that can happen during heat treatments, where phases that hardens and brittles the material can be generated. Evolution of a new duplex stainless steel with lower nickel and higher nitrogen and manganese content maintained at 1123 K (critical precipitation temperature) up to 8 hours compared to classical ones (2205 and 2507) is presented.
The study, done by magnetic measurements, XRD, optical and scanning electron microscopy and microanalysis, revealed a roughly similar behaviour for the three steels. The new one presents a higher initial stability, probably due to the high nitrogen and manganese contents; however, it also produces the higher final transformation due to the higher initial ferrite. A fine comparative analysis was done to correctly identify any phase; an accurate microanalysis in every generated phase was performed.
All the steels tested are initially made on ferrite and austenite. After the ageing treatment, 8 hours at 1123 K, in the 2205 duplex steel a strong precipitation of sigma phase is observed, austenite and some of the original ferrite are also present; ferrite completely transforms in the 2507 duplex and austenite, sigma, secondary austenite and chromium nitride can be found; regarding the new duplex steel DBNi, austenite, ferrite, sigma, chi and chromium nitrides are detected.
Key words:
Stainless steel. Duplex steel. Sigma phase. Chi phase. Chemical composition.
243-246
M. POZUELO, F. CARREÑO, Ó. A. RUANO
Departamento de Metalurgia Física, CENIM (CSIC), 28040 Madrid
Se procesaron mediante laminación en caliente dos materiales compuestos laminados de acero de ultraalto contenido de carbono (AUAC, 1,3%C) de seis capas cada uno: El primero está compuesto por tres capas de AUAC alternadas con tres capas de un acero microaleado, y el segundo con tres del mismo AUAC alternadas con tres de un acero suave. Se ha realizado un estudio de sus microestructuras, dureza Vickers y propiedades de impacto. Se han mejorado los valores de energía absorbida de los dos materiales compuestos laminados respecto al del AUAC.
Palabras clave:Compuestos laminados, acero de ultraalto contenido de carbono, impacto Charpy.
Microstructure and impact properties comparison of two ultrahigh carbon steel laminated composites
Two ferrous laminated composites containing six layers have been processed by roll bonding. One of them consists of three layers of an ultrahigh carbon steel (1.3%C UHCS) interlayered with other three layers of a microalloyed steel. The other composite consists of three layers of UHCS and three layers of a mild steel. Microstructure, Vickers hardness and impact properties have been studied. The absorbed energy values of the two laminated composites were higher than that of the UHCS.
Key words:
Laminated composites, ultrahigh carbon steel, Charpy impact.
247-250
J. CEMBRERO, M. PASCUAL, M. PERALES, J. MORENO
Departamento de Ingeniería Mecánica y de Materiales. E.T.S. Ingenieros Industriales. Universidad Politécnica de Valencia. 46022 Valencia
En el presente trabajo se analiza la soldabilidad de una fundición de grafito esferoidal (F.G.E.) de composición determinada, efectuando soldaduras por arco manual con electrodos revestidos, en probetas de esta fundición con dimensiones de 300 x 90 x 10 mm y ángulo de achaflanado de 60º. Se analiza la influencia en la soldabilidad de la composición de los distintos electrodos utilizados, base Ni (del 56 y 97,6 % respectivamente), la influencia de las temperaturas de precalentamiento (350 ºC y 600 ºC) y de la velocidad de enfriamiento (al aire y en el horno). La soldabilidad se evalúa mediante los ensayos de doblado y tracción.
Se hace un análisis microestructural de las uniones: en el material a unir próximo a la soldadura; en la interfase metal - soldadura; y en el propio cordón de soldadura. Se correlacionan las características resistentes de la unión con la microestructura y con el análisis fractográfico.
Para investigar la influencia de los principales factores e interacciones que intervinieron en el proceso, se utiliza un diseño factorial a dos niveles (alto + y bajo -), lo que supone realizar 8 experiencias replicadas.
Palabras clave:Soldabilidad. Precalentamiento. Fundición Grafito Esferoidal. Diseño Factorial a dos Niveles
Weldability of Spheroidal Graphite Cast Iron (Analyse by a two level factorial design)
Hereinafter it is analysed the weldability of a spheroidal graphite cast iron of a established chemical composition. Shielded metal-arc welding (SMAW) have been used on casting samples of 300 x 90 x 10 mm, with a groove angle of 60º. It is also analysed the influence on the weldability of the chemical composition of the different electrodes used, Ni (56 % and 97,6 % each one) as well as the influence of the pre-heating temperature ( 350 ºC and 600 ºC) and the coldest velocity (at the air and at the furnace). The weldability is evaluated by tests of to bends and traction. Finally, microstructure analysis are performed on the joints: on the heat-affected-zone (the piece near the weld); the piece-weld interface; and the fusion-zone (the weld). Mechanical characteristics of the joint and its microstructure and with fractography analysis are correlated.
In order to investigate the influence of the principal factors and interactions that take place in the process, a factorial design at two levels (high + and low -) was used, what meant to carry out 8 experiences
Key words:
Weldability. Pre-heating. Spheroidal Graphite Cast Iron. Factorial design at two levels.
251-254
V. GARCÍA1, N. ORDÁS1, M.L. PENALVA2, J. FERNÁNDEZ2, K. OSTOLAZA3, C. GARCÍA-ROSALES1
1Centro de Estudios e Investigaciones Técnicas de Guipúzcoa (CEIT) 20009 San Sebastián
2Campus Tecnológico Universidad de Navarra (TECNUN) 20009 San Sebastián
3Industria de Turbo Propulsores (ITP), S.A. 48170 Zamudio
El propósito de este trabajo es la medición de tensiones residuales mediante difracción de rayos‑X en materiales sometidos a diferentes tipos de mecanizado, con el fin de mostrar la importancia que tiene una correcta elección del tipo y parámetros del mecanizado en la calidad de la superficie creada, especialmente en el estado final de tensiones residuales. Se han realizado mediciones sobre distintos materiales (acero inoxidable 17/7 PH, Ti-6Al-4V y acero de herramienta F-521), mecanizados mediante torneado duro o rectificado. En cada caso se ha obtenido la evolución del estado de tensiones con la distancia a la superficie. Se ha aplicado un método integral para deducir las tensiones residuales a partir de medidas de la variación en la posición del pico de difracción. Este método proporciona el tensor de tensiones completo, así como los tensores gradientes de tensiones en dirección longitudinal, transversal y en profundidad. Las medidas de difracción de rayos-X han permitido la evaluación de tensiones residuales tanto macroscópicas como microscópicas (éstas últimas solamente de forma cualitativa).
Palabras clave:Tensión Residual; Difracción de Rayos-X; Torneado; Rectificado
Evaluation of the residual stresses generated by different types of machining using X-ray diffraction.
The aim of the present work is the measurement of residual stresses using X-ray diffraction in materials subjected to different kinds of machining, to show the relevance of an adequate choice of machining type and parameters on the quality of the generated surface, especially in the residual stress final state. Different materials (stainless steel 17/7 PH, Ti-6Al-4V and F-521 tool steel) subjected to hard-turning and grinding have been investigated. In each case the evolution of the residual stress with distance to surface has been obtained. An integral method has been applied to determine the residual stress state by measuring the changes in the diffraction angle position. This method provides the full stress tensor and the stress gradient tensor in the longitudinal and transversal directions and in depth. X-ray diffraction measurements have allowed the evaluation of both macroscopic and microscopic residual stresses (the latter only qualitatively).
Key words:
Residual Stress; X-ray Diffraction; Turning; Grinding
255-258
N. MARTÍNEZ, D. BUSQUETS V. AMIGÓ, Mª D. SALVADOR, C. FERRER
Universidad Politécnica de Valencia, España.
Departamento de Ingeniería Mecánica y de Materiales. Universidad Politécnica de 46022-Valencia, España.
La presente comunicación compara la estabilidad que presentan diferentes refuerzos intermetálicos (Ti3Al y TiAl) adicionados a una matriz de aluminio (AA6061), empleándose para ambos refuerzos diferentes contenidos del mismo. El método de fabricación elegido combina una vía pulvimetalúrgica con un proceso secundario de extrusión en caliente. Para estudiar la interacción del refuerzo con la matriz, se llevan a cabo tratamientos térmicos de solubilización en estufas con atmósfera controlada, a una temperatura de 530ºC y variando el tiempo entre 0 y 24 h. Se utiliza la microscopía electrónica de barrido (MEB) para el estudio microestructural de los compuestos, calculándose el espesor y la velocidad de crecimiento de las capas de reacción mediante técnicas de análisis de imagen. La estequiometría de las capas formadas se determina mediante microanálisis por energías dispersivas de rayos X (EDX).
Palabras clave:compuestos, aluminio, partículas intermetálicas, interacción matriz/refuerzo, análisis imagen.
Image análisis study of matrix reinforcement interaction on AA6061 / Ti-Al particle reinforced composites
In this paper is compared the stability of different contents of intermetallic particles (Ti3Al and TiAl) in an aluminium alloy (AA6061). A powder metallurgy route combined with a secondary hot extrusion process, was followed to fabricate the composites. The matrix/reinforcement interaction was enhanced by solubilization heat treatments at temperatures ranging form 470 to 530ºC and times from 1 to 24 h. Scanning electron microscopy was employed to study the microstructure of the composites. The reaction layer thickness and its growing speed were determined by image analysis. The stoichiometric composition was obtained by dispersive energy diffraction of X ray.
Key words:
aluminium matrix composites, intermetallic particles, matrix/reinforcement interaction, image analysis.
259-262
R.F.Silva1, H.H.Berlinov2
1University of Aveiro, Department of Engineering Glass and Ceramic, CICECO, Aveiro, Portugal.
2University of Chemical Technology and Metallurgy-Sofia, Department of Silicate Technology, Sofia, Bulgaria.
Se estudia el efecto de diferentes variables tales como la razón molar P2O5/B2O3(X), temperatura y ciclo de calentamieno sobre la resistencia de materiales de SiC aglomerados quimicamente para la fabricación de muelas arasivas. Se ha comprobado que la más alta resistencia a la compresión (52,4MPa) pueda obtenerse usando una razón molar òptima x= 4,5 y un ciclo de calentamiento en múltiples etapas hasta la temperatura de 800º C. Estudios mediante ATD, DRX, MEB y análisis dilatométricos fueron llevados a cabo para seguir las diferentes etapas del desarrollo microestructura.
Palabras clave:Aglomeración química, resistencia mecánica, muelas abrasivas de SiC
Sintering of new SiC-Phosphate composite materials for grinding wheels fabrication
The effect of several variables such as molar ratio P2O5/B2O3 (X), temperature and heating cycle on the strength of chemically bonded SiC materials for grinding wheels fabrication was studied. It was shown that the highest compressive strength (52.4 MPa) could be obtained using an optimal molar ratio X = 4.5 and a multiple step heating cycle up to a sintering temperature of 800oC. DTA, XRD, SEM and dilatometrical analysis were performed to follow the different stages of the structural development.
Key words:
phosphate bonding, strength, grinding tools, SiC, chemical bonding.
263-266
I. FERNÁNDEZ, A. ZIADI, F. J. BELZUNCE
Escuela Politécnica Superior de Ingenieros de Gijón. Universidad de Oviedo. Campus de Viesques
Se han estudiado las intercaras de cilindros de laminación compuestos, formados por un acero rápido como material de la capa, y una fundición nodular como material del núcleo, fabricados mediante el método de la doble colada centrifugada. Durante el proceso de fabricación, especialmente en el lento enfriamiento hasta su desmoldeo y durante el tratamiento térmico posterior, tienen lugar fenómenos de difusión del carbono del núcleo hacia la capa y de los elementos aleantes del acero, más aleado, hacia el núcleo, dando lugar a que se originen una serie de microestructuras muy duras y frágiles en la zona de unión de ambos metales, que pueden llegar a debilitar dicha unión. Se han preparado las muestras metalográficamente y se han estudiado con la ayuda de un microscopio óptico y un microscopio electrónico asociado a una microsonda. Se destaca como aspectos más significativos, la formación de una región fuertemente descarburada en la zona de la intercara próxima a la fundición, y a continuación de ésta, una región muy dura y frágil caracterizada por una importante acumulación de grandes carburos.
Palabras clave:cilindros de laminación, interfase, rodillos bimetálicos, colada centrifugada.
Study of the high strenght steel- nodular iron interphase developed in bimetallic rolls produced by centrifugal casting
The interphase of bimetallic rolling rolls produced by centrifugal casting using a high speed steel to make the shell and a ductile gray iron for the core was studied. During the manufacturing method and especilly in the course of the slow cooling before demoulding and also during the characteristic long heat treatments always necessary, diffusion phenomena of both, carbon from the core to the shell, and of the shell alloying elements in the oposite direction, take place, giving different micostructures which can reduce the strength of the interphase. A metallographic analisys, using optical and electronic microscopies, was performed and, as a result of it, a highly decarburized region in the vicinity of the core and a very hard and brittle adyacent zone with an important accumulation of different carbides are the most relevant microstructural results.
Key words:
rolling rolls, interphase, bimetallic rolls, centrifugal casting.
267-272
P. TARÍN, A. G. SIMÓN, N. M. PIRIS, J. M. BADÍA, J. M. ANTORANZ
Departamento de Materiales y Producción Aeroespacial,E.T.S.I. Aeronáuticos, Univ. Politécnica de Madrid, 28040 Madrid
En la aleación Ti-6Al-4V la fase α se va transformando en calentamiento en fase β hasta completarse al alcanzar la temperatura β-transus (≈1000 ºC). La identificación de la cinética de esa transformación es importante (y más todavía en otros tipos de aleaciones de Ti, como las super-α) para realizar tratamientos de solución en los que se deja sin transformar un determinado porcentaje de fase α (llamada primaria). En el presente trabajo se estudia y se valora la cinética y otras características de esa transformación, así como su influencia en transformaciones posteriores en enfriamiento, mediante técnicas de análisis térmico (diferencial y dilatométrico) y con medidas de conductividad eléctrica, estudios metalográficos y medidas de dureza, llevados a cabo tras la realización de tratamientos térmicos controlados. Los tratamientos térmicos realizados, a partir del estado de entrega (mill annealed), fueron calentamientos de 1 hora a temperaturas entre 650 ºC y 1050 ºC, con enfriamiento en agua con agitación, y posterior calentamiento a 530 ºC durante 6 horas y enfriamiento último al aire. Por otra parte, se han determinado las características mecánicas de muestras sometidas a esos tratamientos térmicos.
Palabras clave:Titanio, tratamiento térmico, transformación, dilatometría, análisis térmico diferencial, propiedades mecánicas
α↔β transformation, mechanical properties and microestructural characterization of Ti-6Al-4V alloy
In the Ti-6Al-4V alloy, the α phase is gradually transformed into the β phase until β-transus temperature (≈ 1000 ºC) is reached, and the transformation completed. It is important to identify transformation kinetics (mainly in other titanium alloy types, as near α) to accomplish solution heat treatments in which a phase α percentage (primary α) remains unchanged. In this paper, kinetics and other transformation characteristics are evaluated, as well as their influence on subsequent cooling transformations, by differential and dilatometric thermal analysis, electric conductivity measurements, hardness measurements and metallographic observation, after performing controlled thermal treatments. Starting from the mill annealed condition, samples were heated at temperatures between 650-1000 ºC for 1 hour, then water quenched and subsequently heated at 530 ºC for 6 hours, air cooled. Finally, the mechanical properties of samples heat treated as indicated above were obtained.
Key words:
Titanium, heat treating, transformation, differential thermal analisys, dilatometry, mechanical properties
273-276
Y. TORRES, M. ANGLADA, L. LLANES
Departament de Ciència dels Materials i Enginyería Metal⋅lúrgica, ETSEIB, Universitat Politècnica de Catalunya, 08028 Barcelona
En este trabajo se investiga el comportamiento a fractura y fatiga de dos grados de carburos cementados WC-Co con distintos contenidos de fase ligante y tamaño de carburo medio. La caracterización mecánica incluye la evaluación de la resistencia a flexión, la tenacidad de fractura, el límite de fatiga y la cinética de propagación de grietas grandes por fatiga (PGGF) para relaciones de carga diferentes. Se propone un enfoque basado en la mecánica de la fractura elástica lineal con el objetivo de evaluar la relación existente entre la vida a fatiga y la PGGF. El análisis se concentra en la correlación límite de fatiga–umbral de propagación de grietas para condiciones de vida a fatiga infinita. Así, se estima el límite de fatiga asociado con defectos naturales a partir del umbral de propagación experimentalmente determinado para grietas grandes, asumiendo que: (1) existe similitud en el comportamiento a fatiga de fisuras grandes y pequeñas, y (2) los defectos críticos bajo cargas monotónicas y cíclicas son los mismos. La fiabilidad de este enfoque para evaluar condiciones límites bajo solicitaciones cíclicas se sustenta en la concordancia satisfactoria observada para los valores del límite de fatiga estimados y los experimentalmente determinados para las distintas razones de carga investigadas.
Palabras clave:Propagación de grietas por fatiga, límite de fatiga, carburos cementados, mecánica de fractura
Fatigue limit estimation for WC-Co cemented carbides on the basis of linear elastic fracture mechanics
The fracture and fatigue behavior of two microstructurally different hardmetals (WC-Co cemented carbides) is investigated. Mechanical characterization includes flexural strength and fracture toughness as well as fatigue limit and fatigue crack growth (FCG) behavior under monotonic and cyclic loads respectively. Considering that fatigue lifetime of cemented carbides is given by subcritical crack growth of preexisting defects, a linear elastic fracture mechanics approach is attempted to assess fatigue life - FCG relationships for these materials. It concentrates on addressing the fatigue limit - FCG threshold correlation under infinite fatigue life conditions. Thus, the fatigue limit associated with natural flaws is estimated from FCG threshold experimentally determined for large cracks under the assumptions that (1) similitude on the FCG behavior of small and large cracks applies for cemented carbides, and (2) critical flaws are the same, in terms of nature, geometry and size, under monotonic and cyclic loading. The reliability of this fatigue mechanics approach is sustained through the satisfactory agreement observed between estimated and experimentally determined values for the fatigue limit under the different load ratios investigated.
Key words:
Fatigue crack growth, fatigue limit, fracture mechanics, cemented carbides
277-281
J. Durán1, R. García2, C.M. Durán1, J.M. Amo1, J. Oñoro2
1.Centro Nacional de Investigaciones metalúrgicas (CENIM-CSIC). Dpto. Ingeniería de Materiales. Degradación y Durabilidad.
2.Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de Madrid (ETSIIM-UPM). Dpto. de Ingeniería y Ciencia de los Materiales.
Se estudia la influencia en la formación del encastre (“clinching”) del espesor de adhesivo en uniones híbridas a solape, para adhesivos con y sin capacidad de relleno -poliuretanos y cianoacrilatos - en chapas galvanizadas y prepintadas. Los resultados en ensayos estáticos y mecanismos de rotura son también influidos por el espesor de los adherentes. En los análisis de fracturas, realizados por microscopia óptica y electrónica, las características de fatiga son difícilmente observables para los poliuretanos, mostrándose, por el contrario, con bastante evidencia para los cianoacrilatos. Los análisis de los comportamientos en fatiga fueron muy satisfactorios, con límites de fatiga del orden del 40% al 50% de las correspondientes resistencias a carga estática, según los casos.
Palabras clave:Uniones híbridas, adhesivo, autorremachado, fatiga
Fracture mechanisms and fatigue behaviour in hybrid adhesive-mechanic joints
In this work it is studied the influence on the spot clinching formation of the adhesive thickness for hybrid lap joints of adhesives with and without capability of full up –polyurethanes and cyanoacrylates - applied on galvanised and painted sheets. The results of static tests and the mechanisms of fracture are also influenced by the adherents thickness. In fracture analysis, performed with optical and electronic microscopy, fatigue characteristics are very difficult to observe on polyurethanes, but they can be seen, on the contrary, with quite evidence on cyanoacrylates. Fatigue behaviour analysis were very satisfactory, with fatigue limits over the range of 40% to 50% of the respective static resistance, depending on the cases.
Key words:
Hybrid joints, adhesive, clinching, fatigue
282-285
C. GÓMEZ, J. L. NÚÑEZ, E. FULLOLA
Área de Mecánica y Nuevos Materiales. Instituto Tecnológico de Aragón (ITA) 50018 Zaragoza, España.
En el presente trabajo se analiza la influencia en el comportamiento a fatiga que, sobre dos aceros con diferentes composiciones, ambos adecuados para la fabricación de productos mediante conformado metálico, tiene el nivel de deformación inicial y el nivel de deformación media bajo el que se realizan los ensayos. Los aceros analizados responden a la denominación DC05 (DIN EN 10130) y ZStE 260 (DIN EN 10268). En los dos casos se aceptan como válidas para describir el comportamiento de ambos materiales las expresiones propuestas por Ramberg-Osgood (1) para la curva tensión – deformación cíclica del material (σ−ε cíclica), así como las propuestas por Basquin (2), Manson-Coffin (3), (4) para la expresión de la relación amplitud de deformación total – vida (ε -N). La caracterización a fatiga de dichos materiales se realiza conforme a procedimientos de laboratorio previamente puestos en marcha en el Instituto Tecnológico de Aragón ((5) y (6)) usando como punto de partida las recomendaciones propuestas por la ASTM ((7), (8) y (9)). Debido a la geometría de las probetas analizadas (pequeño espesor, entorno a los 1.5 mm.), los problemas más frecuentes encontrados han estado asociados al fenómeno de pandeo de las probetas bajo cargas de compresión, cuya solución se ha abordado mediante diversas técnicas experimentales y la fabricación de utillajes de ensayos adecuados (como se describe, entre otros, en (10)).
Palabras clave:Predeformación, fatiga, acero DC05, acero ZStE260, predicción de vida
Influence of the previous strain level in the fatigue behaviour of ductile steel for deep drawing
In the current work, the influence of the initial and medium strain under which fatigue tests are performed in the fatigue behaviour of two different steels for deep drawing is analysed. The two steels analysed has the commercial denomination DC05 (according to DIN EN 10130) and ZStE 260 (DIN EN 10268). In both cases, the expressions proposed by Ramberg-Osgood (1) for the cyclic stress-strain curve (σ−ε) as well as those proposed by Basquin (2) and Manson-Coffin (3),(4) for the relationship between strain amplitudes and life (ε-N curve) are assumed as valid. The fatigue characterisation of both materials is made according to standard laboratory procedures, previously developed and setting up in the Instituto Tecnológico de Aragón ((5) and (6)), using for that as basis the recommendations proposed by ASTM ((7), (8) and (9)). The most usual problems found during the tests have been associated to buckling in the specimens under compression loads. Those problems, due to the geometry of the specimens tested (small thickness, about 1.5 mm.), have been solved by using several experimental techniques and by manufacturing specific tests tooling (as is described in (10)).
Key words:
prestrain, material fatigue, DC05 steel material, ZStE260 steel material, fatigue life prediction
286-289
M. URDANPILLETA*, C. ZUBILLAGA, J. GIL
CEIT (Ctro. de Estudios e Investigaciones Técnicas de Guipúzcoa) y TECNUN (Campus Tecnológico, Universidad de Navarra) 20018 San Sebastián (España)
(*) Dirección actual: Dpto. Ciencias Básicas, Escuela Politécnica Superior, Universidad de Mondragón, 20500 Mondragón
La imposición de una perturbación sinusoidal de frecuencia variable a la velocidad de deformación de un material sometido a tracción monótona es una posible técnica de estudio de la cinética de la deformación plástica apenas explorada. La aplicación de esta técnica a un Inconel 718 en el régimen superplástico ha permitido obtener el valor de la sensibilidad a la velocidad de deformación instantánea, m, de forma continua con la deformación. Esto permite una caracterización más completa que con las técnicas convencionales, en las que la sensibilidad m se determina a partir de ensayos en los que se cambia de forma nominalmente instantánea la velocidad de deformación. En efecto, la técnica propuesta permite poner de manifiesto la influencia de la derivada temporal de la velocidad de deformación, ε¨, sobre el valor de m. Para la comparación de ambos tipos de medidas, se han realizado ensayos tanto con perturbación sinusoidal como con cambio instantáneo de velocidad de deformación. Se ha estudiado el rango de temperaturas entre 925º C y 1000º C y de velocidades entre 10-4 s-1 y 10-2 s-1. Se ha analizado asimismo la respuesta dinámica del sistema, en términos de amplitud y desfase de la señal de tensión resultante respecto de la perturbación sinusoidal de velocidad de deformación impuesta.
Palabras clave:Superplasticidad, Inconel 718, sensibilidad a la velocidad de deformación, anelasticidad.
Study of the superplasticity of inconel 718 using tests with cyclic perturbation of strain rate
The imposition of a sinusoidal perturbation of variable frequency to the strain rate of a material subjected to a monotonic tensile test is an easy technique to study the kinetics of plastic deformation that has been scarcely used. The application of this technique to an Inconel 718 in its superplastic regime allows for obtaining has permitted to obtain the value of the instantaneous strain rate sensitivity, m, in a continuous way as deformation. It is then possible a more complete characterization than that offered by conventional techniques, where strain rate sensitivity is obtained from the response to several instantaneous strain rate changes. The proposed method has revealed the influence that the time derivative of strain rate, ε¨, has on the value of m. For a comparison of the rexults of both types of measurement, tests with sinusoidal perturbation and with instantaneous strain rate changes have been performed. The temperature and strain rate ranges studied span from 925º C to 1000º C and from 10-4 s-1 to 10-2 s-1. The dynamic response of the system has been analyzed too in terms of amplitude and phase shift of the resulting stress signal response to the imposed sinusoidal perturbation of strain rate.
Key words:
Superplasticity, Inconel 718, strain rate sensitivity, anelasticity.
291-293
L.E.G.CAMBRONERO, J.D. HERRANZ, J.M.RUIZ-ROMAN, J.M. RUIZ-PRIETO
Departamento de Ingeniería de Materiales. E.T.S.I. Minas, 28003 Madrid
El objeto del presente trabajo es la obtención de los materiales compuestos AA2014 +10 vol-% NbAl3 o FeAl2. Para ello se realizó la mezcla inicial de los polvos metálicos que constituyen la aleación AA2014 y de los polvos de estos intermetálicos seguido de su aleación. Las mezclas obtenidas se compactaron en frío y los compactos en verde se extruyeron en caliente. Como resultado de la adición de los intermetálicos se mejoran las propiedades mecánicas de la aleación AA2014, alcanzándose resistencias a tracción de 516 MPa para el AA2014+NbAl3 y de 465MPa para el AA2014+FeAl2, con un alargamiento próximo al 2.0% en ambos materiales compuestos de matriz metálica.
Palabras clave:Aleación mecánica, Extrusión de polvos, MMC, AA2014, intermetálicos
Characterization of 2014 alloy reinforced with intermetallics
On the present work the objective is to manufacture a AA2014+10 vol-% Intermetallic (NbAl3 or FeAl2 ) metal matrix composites. Since Powder Metallurgy route was chosen, the powder mixtures of metallic powders which forms AA2014 alloy and intermetallic powders were obtained by mechanical alloying. Powder mixtures were cold die pressing and green samples were hot extruded. As result of this intermetallic addition, mechanical properties of AA2014 alloy are improved and a tensile strength of 516 MPa on AA2014+NbAl3 and 465MPa on AA2014+FeAl2 within an elongation close to 2% on both metal matrix composite materials are reached.
Key words:
Mechanical alloying, Powder extrusion, MMC´s, AA2014, Intermetallics
294-298
M. TOLEDANO1, R. RODRÍGUEZ2, S. FERNÁNDEZ1
1Universidade da Coruña, ETSI Caminos, Campus de Elviña, 15192 A Coruña;
2Universidade da Coruña, ES Marina Civil, 15011 A Coruña
Este artículo pretende poner de manifiesto la influencia que los cambios microestructurales inducidos en un acero hipoeutectoide mediante un proceso de trefilado, tienen sobre la velocidad de crecimiento de fisuras sub-críticas, desarrolladas por solicitación cíclica con amplitud de carga constante. El análisis microestructural ha sido realizado a dos niveles: la colonia perlítica (primer nivel) y la microestructura laminar de la perlita (segundo nivel microestructural). El análisis del comportamiento en fatiga se ha centrado en la región II del régimen de propagación de fisuras por fatiga, en donde la velocidad de crecimiento de fisuras, da/dN, está controlada por la amplitud del factor de intensidad de tensiones, K, según queda descrito por la ley de Paris. Los resultados obtenidos muestran que la mejora en el comportamiento en fatiga de los aceros, en la zona de crecimiento estable de la fisura, se relaciona con el alineamiento de las colonias perlíticas en la dirección del trefilado, encontrando una relación lineal entre la constante de proporcionalidad de la ley de Paris (propiedad mecánica) con el ángulo de alineación de la microestructura.
Palabras clave:Fatiga, Ley de Paris, Trefilado, Acero perlítico, Microestructura
The influence of microestructure in the fatigue behaviour of pearlitic steels
This article accounts the relationship between the microstructure of pearlitic steels (influenced by the cold-drawn manufacturing process) and the growing rate of sub critical cracks, produced by a cyclic-constant amplitude load. The microstructural study is performed in two levels: the pearlitic colony (first level) and the pearlitic lamellar microstructure (second microstructural level). The analysis of the fatigue behaviour was focused on the region II of the fatigue crack propagation regime, in which the crack growing rate per cicle, da/dN, is controlled by the amplitude of the stress intensity range, as described by Paris law. The enhancement of the fatigue behaviour, in the stable growing zone, is related with the progressive orientation of the pearlitic colonies in the cold drawing direction, showing a linear relation between the intersect parameter of the Paris law (mechanical property) and the alignment angle of the microstructure.
Key words:
Fatigue, Paris Law, Cold Drawing, Pearlitic steel, Microstructure
299-303
D. BUSQUETS-MATAIX, N. MARTÍNEZ, V. AMIGÓ, M.D. SALVADOR, C. FERRER
Departamento de Ingeniería Mecánica y de Materiales. Universidad Politécnica de Valencia 46022-Valencia, España.
El presente artículo trata sobre las propiedades tribológicas en materiales compuestos de matriz de aleación de aluminio AA6061, reforzados con partículas cerámicas de diferente naturaleza: TiB2, B4C, Si3N4, SiC y Al2O3. Los materiales compuestos fueron obtenidos mediante un procedimiento de consolidación en estado sólido que combina la pulvimetalurgia con un proceso de extrusión en caliente.
El estudio tribológico realizado se basó en una metodología de ensayo del tipo pin-on-ring con deslizamiento en seco (sin lubricación). Se analizaron para cada caso el coeficiente de rozamiento y la tasa de desgaste en función de la distancia de deslizamiento. Asimismo, las muestras ensayadas se observaron mediante microscopía electrónica de barrido.
Los resultados obtenidos demuestran que las tasas de desgaste de los compuestos son inferiores en todos los casos a los de la matriz sin reforzar. Entre los compuestos, las diferencias encontradas son debidas al tamaño medio de las partículas de refuerzo, obteniéndose un menor desgaste para tamaños de refuerzo mayores, mientras que la naturaleza de los mismos no parece tener una marcada influencia. Con respecto al coeficiente de rozamiento, no se ha encontrado una tendencia parecida entre los compuestos estudiados, obteniéndose en unos casos un valor mayor y en otros menor que con respecto a la aleación sin reforzar.
Palabras clave:Compuestos de matriz de aluminio, refuerzos cerámicos, desgaste, tribología.
Wear behaviour on ceramic particle reinforced aluminium matrix composites.
The present work deals with the wear behaviour on AA6061 based aluminium matrix composites reinforced with different kinds of ceramic particles: TiB2, B4C, Si3N4, Al2O3 y SiC. Composites were obtained by means of a solid-state consolidation method, combining both powder metallurgy processing and hot extrusion.
The study carried out was based on a pin-on-ring apparatus under dry sliding conditions (dry friction). Both friction coefficient and wear rate were measured for each composite. Scanning Electron Microscope (SEM) was used to analyse wear and the tribolayer formed.
Results show that wear rate is lower in composites than in the unreinforced alloy in every case, as expected. Differences among composites are probably related to different particle size rather than nature of reinforcements. On the other hand, friction coefficient do not show a trend on composites, being lower than the base alloy in some cases and higher in others.
Key words:
Aluminium matrix composites, ceramic reinforcement, wear, tribology.
304-306
L.E.G.CAMBRONERO, R.ROSELL, J.M.RUIZ-ROMÁN, JM RUIZ-PRIETO
Departamento de Ingeniería de Materiales. E.T.S.I. Minas, 28003 Madrid
El objeto de este trabajo es la obtención y caracterización de materiales compuestos (MMC´s) para la fabricación de cojinetes para fricción en seco. Así se incorpora a una matriz de aluminio, partículas de grafito para actuar como lubricante si bien en forma de grafito recubierto de níquel para disminuir la perdida de resistencia que presentan estos materiales. La fabricación de estos materiales se realizó mediante compactación de las mezclas de polvos en matriz y su extrusión en caliente. Los materiales obtenidos presentaron una buena distribución del grafito en la matriz de aluminio, con densidades entre 3.11 g/cm3 y 3.75 g/cm3 según el contenido de níquel/grafito. La dureza y la resistencia al aplastamiento radial disminuyen al aumentar el contenido en grafito. No obstante, un mayor contenido en grafito si mejora las propiedades a fricción del material, disminuyendo el desgaste ocasionado y reduciendo el coeficiente de fricción. El tratamiento térmico de difusión de los materiales extruidos mejora sus propiedades de fricción si bien disminuye su resistencia al aplastamiento radial.
Palabras clave:Cojinetes, aluminio-grafito, extrusión de polvos, desgaste
Mechanical and tribological properties of hot extruded al-ni-graphite antifriction material
Manufacturing and characterization of bearing materials is the object of the present work. Thus, graphite particles are added to an aluminium matrix as lubricant. It was added as nickel coated graphite in order to avoid a strength decreasing. Mixing of powders following by cold compaction and hot extrusion was the manufacturing way. Extruded materials showed good graphite distribution into the aluminium matrix, with densities between 3.11 to 3.75 g/cm3 as a function of the nickel/graphite content. Hardness and radial crushing strength decrease when graphite content is increased. On the contrary, friction properties are improved with the graphite content because it decreases friction coefficient and wear. Diffusion heat treatment on extruded materials improves furthermore these friction properties but it decreases the radial crushing strength.
Key words:
Bearings, Aluminium-Graphite, powder extrusion, wear
307-310
V. HIGUERA1 ,F.J. BELZUNCE2, J.A.CARRILES1
1Universidad de Oviedo, Dpto. Construcción e Ingeniería de Fabricación .
2Dpto. Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica. Campus Universitario,33203 Gijón, Asturias, España
El material tipo cermet Cr3C2-NiCr fue empleado como recubrimiento con una granulometría entre 5 y 106 µm., siendo proyectado térmicamente por tres técnicas distintas: proyección por arco plasma no transferido (plasma), proyección mediante llama a elevada velocidad (HVOF) y la proyección por detonación a elevada frecuencia (HFPD) .Este tipo de recubrimiento es empleado como elemento protector frente al desgaste en elementos de calderas de vapor como son los sobrecalentadores y recalentadores de vapor, en donde las condiciones de servicio tan severas (alta temperatura, erosión por cenizas volantes, etc.) acortan notablemente la vida útil de los materiales convencionales empleados.Se determinan las microestructuras, porosidades, contenidos en óxidos y microdurezas de los distintos recubrimientos obtenidos. También se llevaron a cabo ensayos de fatiga térmica similares a las condiciones imperantes en el interior de una caldera mediante el empleo de un combustor experimental. Finalmente fue determinada la adherencia de las capas a los sustratos receptores mediante ensayos de tracción. Los resultados obtenidos son discutidos en función de las características específicas de los diferentes sistemas de proyección utilizados.
Palabras clave: proyección térmica, cermets , alta temperatura, corrosión
Influence of thermal-spray procedure on the properties of Cr3C2-NiCr coating
A Cr3C2-NiCr coating ( 5 y 106 µm.), was thermal-spray projected using different procedures (plasma, HVOF and HFPD) onto stainless steel specimens. This type of coating is normally used as protection against heat, corrosion and erosion actions encountered in superheater and reheater tubes in power plant boilers. The microstructures, porosities, oxide contents and microhardnesses of the coatings were determined. Thermal fatigue tests under simulative power plant service conditions were conducted in an experimental combustion chamber and, finally, the adhesion between the substrate and the coating layer was evaluated by means of tensile tests. The obtained results are discussed, and special attention was paid to the specific characteristics of the different spraying procedures.
Key words:
Thermal-spray, cermets, high temperature, corrosion.
311-314
A. IGARTUA 1, G. MENDOZA1, A. FORN2, J.A. PICAS2
1 Centro Tecnológico Fundación TEKNIKER .20600 Eibar, Spain
2 Universitat Politecnica Catalunya . Vilanova i la Geltru, 8800, Spain
Una de las características más importantes de los recubrimientos de proyección térmica HVOF es su resistencia al desgaste. En este proyecto, se han investigado las características del recubrimiento nanocristalinos de CrC-NiCr y su efecto en las propiedades mecánicas y tribológicas del material. De acuerdo con los ensayos realizados, los recubrimientos nanocristalinos CrC-NiCr proporcionan una rugosidad un 66% menor, que los recubrimientos estándar, lo que produce una importante mejora en las propiedades de fricción (reducción coeficiente de fricción del 38%) y desgaste (reducción del desgaste del 84%).
Palabras clave:Proyección térmica HVOF, recubrimientos de CrC-NiCr, Microdureza, Tribología
Tribological behaviour of HVOF thermal sprayed nanocristalline CrC-NiCr coatings
One of the most important uses of HVOF thermal plasma spray coatings is for wear resistance. In this work, the characteristics of nanocristalline CCr-NiCr coating and their effect on the mechanical properties and tribological behaviour of the material have been investigated. The objective of this study is the replacement of hazardous hard chromium plating technology used today in industry for an efficient and clean HVOF technology, using micro and nanocristalline CCr-NiCr coatings. Commercially available CCr-NiCr powder was mechanically treated, in order to obtain nano powders. Later the HVOF thermal spray process was used to produce conventional and nanocrystalline CCr-NiCr coatings. The ultra-microindentation technique was applied to evaluate the grain size effect in the hardness and the elasto-plastic properties of the coating. Difference in roughness has been determined by profilometry. The coating microstructures were characterised by SEM and optical microscopy and the porosity percentage was determined by Image Analysis technique. In order to evaluate the friction and wear properties of different substrate materials a reciprocating sliding motion has been used. CrC-NiCr standard coatings shows better tribological properties than WC-CoCr coatings.
Key words:
Proyección térmica HVOF, recubrimientos de CrC-NiCr, Microdureza, Tribología
315-318
J. A. GARCÍA1, J. RIUS2, R.J. RODRÍGUEZ1
1 Centro de Ingeniería Avanzada de Superficies, AIN, 31191 Cordovilla-Pamplona
2 Institut de Ciència de Materials de Barcelona, CSIC, Campus UAB, 08195 Bellaterra
La implantación iónica de altas dosis de nitrógeno produce cambios significativos en la composición y estructura de las capas más externas de los materiales tratados. Estos cambios se reflejan en la modificación de las propiedades mecánicas superficiales, pudiendo conseguirse aumentos importantes de dureza y resistencia al desgaste. En el presente trabajo se presenta un resumen de los cambios en las propiedades mecánicas superficiales producidos por la implantación iónica de nitrógeno en los distintos metales de los grupos IV (Ti, Zr, Hf) y V (V, Nb, Ta), intentándose relacionar dichos cambios con las distintas fases formadas estudiadas mediante técnicas de difracción de rayos X con ángulo rasante (GXRD). La caracterización por GXRD pone de manifiesto el papel del nitrógeno como responsable de los cambios en la microdureza y de las propiedades tribológicas observadas.
Palabras clave:Implantación iónica, GXRD, Dureza, Tribología
GXRD study of phase formation in metals of IV and V groups ion implanted with nitrogen
High doses of nitrogen ion implantation introduce important modifications in the composition and microstructure of the most outer surface of the treated materials. Owing to this modifications, treated materials increase dramatically hardness and wear resistance. In this paper the changes in hardness and in the tribological properties of the groups IV and V are summarized. Special emphasis is given to the relationships between these improvements and the results obtained from GXRD analysis. Moreover GXRD results are showing the role of nitrogen in the improvements of hardness and the tribological properties.
Key words:
Ion implantation, GXRD, Hardness, Tribology
319-322
C. NAVAS1, M. CADENAS2, J.M. CUETOS2, L. VEGA3 Y J. DE DAMBORENEA1
1Departamento de Corrosión. Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas (CENIM/CSIC), 28040 Madrid, España
2 Área de Ingeniería Mecánica. Universidad de Oviedo. Sede Dptal. Oeste, edificio 5. Campus Universitario s/n. 33203 Gijón (España);
3 Área de Ingeniería Mecánica. Universidad de Cantabria.. 39003 Santander (España)
El presente trabajo se centra en la obtención de capas de aleación base Cobalto (Tribaloy T-800) sobre un sustrato de acero inoxidable 18/8 (AISI 304) mediante la técnica de plaqueado láser. Tras los tratamientos, se caracterizaron las probetas mediante microscopía óptica y electrónica de barrido con microanálisis (EDS). La composición elemental del recubrimiento se determinó en un espectrómetro de emisión óptica con fuente de excitación (GDL). El estudio de la interfase reveló una perfecta adherencia entre el recubrimiento y el material base, sin defectos apreciables. La microestructura de las capas depositadas es dendrítica con un alto grado de refinamiento y una homogeneidad química a lo largo del cordón y con valores muy próximos a los del polvo de partida. En las zonas de solape entre cordones, se observó un crecimiento del grano debido al segundo tratamiento térmico recibido. La microdureza de las capas alcanza los 750 HV, valor considerablemente superior al del sustrato (200 HV). Asimismo, se obtuvo una mejora significativa de la resistencia a la corrosión del recubrimiento en medios salinos.
Palabras clave:Plaqueado láser, Microestructura, Aleaciones base Co
Microstructure and properties of tribaloy T-800 coatings deposited by laser cladding
The present work is based on obtaining Co based coatings (Tribaloy T-800) on plates of 18/8 stainless steel (AISI 304) by laser cladding technique. After the treatment, samples were characterized by optical and scanning electron microscopy with EDS analysis. The elemental composition of the coating was determined with a glow discharge lamp spectrometer (GDL). The study of the interface revealed a good adherence between the substrate and coating without substantial defects. For the laser cladded coatings, the microstructure was dendritic with a high degree of refinement and chemical homogeneity close to the original powder. The grain coarsening was observed in the overlapping zones due to the second heat treatment. Microhardness of the coatings reached 750 HV, a considerably higher value than the substrate hardness (200 HV). Also, the coating corrosion resistance in saline solutions had a great improvement.
Key words:
Laser cladding, Microstructure, Co base alloys.
324-326
O. JIMÉNEZ, M. SÁNCHEZ-SOTO, O. O. SANTANA, M. LL. MASPOCH, A. GORDILLO, J.I. VELASCO, A.B. MARTINEZ
Centre Català del Plàstic. Universitat Politècnica de Catalunya, , 08222 Terrassa. (Barcelona) España
El objetivo de este trabajo es la evaluación de las propiedades mecánicas de polímeros y composites mediante el uso de técnicas de impacto de baja energía en configuración de flexión, de platos golpeados con cabezales semiesféricos, utilizando para ello un modelo no lineal y no conservativo que involucre el efecto de las deformaciones permanentes inherentes a la flexión y a la indentación presentes en el proceso de impacto. Este modelo esta compuesto por dos sistemas en serie: resorte-amortiguador para la flexión y resorte hertziano-amortiguador para la indentación. Al carecer éste de soluciones analíticas, se resuelve usando el método numérico de Runge-Kutta de cuarto orden, comparándose con resultados experimentales y evaluando, mediante el coeficiente de restitución, las pérdidas globales de energía ocasionadas durante el ensayo. Se realizaron ensayos en varias series de composites de matriz polimérica de Poliestireno (PS) con fases dispersas rígidas y elastomericas. El modelo aproxima satisfactoriamente las curvas registradas experimentalmente y permite calcular el módulo elástico a elevadas velocidades de impacto así como la energía en que empieza a generarse el daño en las probetas.
Palabras clave:Impacto, indentación, modelización, polímeros, materiales compuestos.
Low energy impact indentation: a complete model
The present work propose is the polymer and composites mechanical proprieties evaluation, using low energy impact techniques in flexure plate configuration hitting by a semi spherical indenters and working with a non linear and non conservative model that involve the permanent deformations due to the impact flexure and indentation. Two systems arrayed in serial configuration, a flexion spring-dashpot and an indentation hertzian spring-dashpot, conform this model. Since this do not have analytical solutions, a 4rd order Runge-Kutta numeric model is used in order to solve it and is compared with experimental results measuring the global energy lost with the restitution coefficient. Different polystyrene (PS) matrix composites series with elastomeric and rigid dispersed phases were tested. A satisfactory model approach to the registered experimental curves is showed, allowing the elastic modulus calculus at high impact velocities and also the determination of the energy at the beginning of the specimen damage.
Key words:
Impact, indentation, modeling, polymer, composites.
327-330
R. MALLAVIA A*, D.MARTINEZ-PERÉZ A, B.F. CHMELKA B, G.C. BAZAN B
a Instituto de Biología Molecular y Celular, Universidad Miguel Hernández, Elche 03202 Alicante (Spain).
b Departments of Chemical Engineering and Chemistry, University of California, Santa Barbara, CA 93106 (USA).
La cuaternización del poli-(9,9-bis(6’-bromohexilo)fluorenofenileno) por tratamiento de trimetilamina gaseosa se emplea para obtener una sal de amonio del copolímero precursor soluble en agua. El copolímero neutro contiene unidades alternantes repetitivas de fluoreno/fenilideno obtenidas mediante una acoplamiento de Suzuki con Pd (II). Los polímeros se caracterizaron por cromatografía de permeación (GPC), espectroscopia RMN de 1H y 13C , espectroscopia IR transformada de Fourier y análisis termogravimétrico (ATG). El polímero neutro mantiene la estabilidad hasta los 300ºC, mientras el derivado catiónico comienza a descomponer a 120ºC, con una progresiva perdida de masa hasta los 290ºC. Las propiedades ópticas de los polímeros se estudiaron en disolución y en películas mediante espectroscopias UV/VIS y de fluorescencia. Las películas delgadas de sílice mesoporosa se prepararon como materiales receptores de los copolímeros fluorescentes.
Palabras clave:Polímeros conjugados, solubles en agua, Pd(II), sílice mesoporosa.
Blue fluorescent films based on poly-2,7-fluorene-phenylene derivatives.
Quaternization of poly-(9,9-bis(6’-bromohexyl)fluorenephenylene by treatment with trimethylamine gas was used to obtain a water soluble ammonium salt copolymer. The neutral copolymer containing fluorene/phenylene alternating repeating units was obtained by a palladium-catalyzed Suzuki coupling reaction. This strategy could be applied to prepare water soluble conjugated polymers with the ability to change the charge functionality. The polymers were characterized by gel permeation chromatography (GPC), 1H and 13C NMR spectroscopy, FT-IR spectroscopy, and thermogravimetric analysis (TGA). The neutral polymer was stable to over 300ºC, while the cationic polymer begins to degrade at 120ºC with a progressive loss of mass at 290ºC. The optical properties of the polymers were investigated in solution and solid phases by UV/VIS and fluorescent spectroscopy. Mesoporous silica thin films were prepared as a host matrix for the fluorescent copolymers.
Key words:
Conjugated polymers, water soluble, Pd (II), mesoporous silica.
331-336
O. GARCÍA1, A. COSTELA2, I. GARCÍA-MORENO2, C. GÓMEZ2, R. SASTRE1
1 Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros (C.S.I.C.), C/ Juan de la Cierva 3, 28006-Madrid.
2 Instituto de Química-Física “Rocasolano”, C/ Serrano 117-119, 28006-Madrid.
La síntesis de nuevos materiales de carácter híbrido (orgánico-inorgánico) dopados con colorantes resultan altamente atractivos como medio activo en láseres de estado sólido ya que permiten combinar las excelentes propiedades térmicas que presentan los vidrios inorgánicos con las excelentes propiedades ópticas que presentan los materiales polímeros. Mediante un proceso simultaneo de policondensación sol-gel y de polimerización de la parte orgánica (monómero vinílico ó acrílico con grupos OH), de forma que los grupos –OH del monómero orgánico participen también en el proceso de policondensación, hemos conseguido obtener monolitos válidos para su aplicación como láseres de colorante en estado sólido. Se ha llevado a cabo la síntesis y caracterización de nuevas matrices híbridas incorporando pirrometeno 567 como colorante láser (PM567); combinando polímeros de metacrilato de 2-hidroxietilo (HEMA) y copolímeros de HEMA y metacrilato de metilo (MMA) con diferentes proporciones en peso respecto al componente inorgánico (TEOS).
Los primeros resultados obtenidos con estos nuevos materiales demuestran que la presencia de pequeñas proporciones de TEOS en copolímeros de p(HEMA/MMA 1/1) aumentan la estabilidad térmica del colorante mejorando significativamente su acción láser. De hecho, algunos de los resultados alcanzados con estos nuevos materiales mejoran, significativamente, las fotoestabilidades alcanzadas para el PM567 incorporado en otras matrices inorgánicas e híbridas, así como en muchas de las matrices orgánicas seleccionadas como hospedadores para este colorante.
Palabras clave:híbrido orgánico-inorgánico, polímero híbrido, láser de colorante en estado sólido, láser, pirrometeno 567.
Synthesis of new photosensitive organic-inorganic hybrid materials used as solid state dye laser
The synthesis of new materials of hybrid character (organic-inorganic) doped with dyes results highly attractive like active medium in solid state laser in which the excellent thermal properties of the inorganic glasses with the excellent optic properties of the polymeric materials could be combined. Through a simultaneous synthesis process of sol-gel policondensation of the inorganic TEOS during the free radical polymerization of the organic part (vinylic or acrylic monomers with OH groups), since the presence of this -OH side groups in the organic monomer can participate in the policondensation process of silanols, hybrids monoliths were able to be obtained as solid-state dye laser matrices. The synthesis and characterization of new hybrid matrices were carried out incorporating pirromethene 567 (PM567) into polymers of 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) and copolymers of HEMA and methyl methacrylate (MMA) with different weight proportions of the inorganic component, tetraethoxysilane (TEOS). The first results obtained with this new materials are indicave that the addition of low proportions of TEOS into the polymer P(HEMA/MMA 1/1) increases its thermal stability reducing the thermal degradation of the dye and, consequently, improving significantly its laser action. In fact, some of the results achieved with these new materials represent the best photostability reached to date for PM567 incorporated into inorganic and hybrid materials and, taking into account the experimental pumping conditions, improve or at least, compare well, with the lasing properties of the dye embedded in other host polymeric matrices.
Key words:
organic-inorganic hybrid, hybrid polymer, solid-state dye laser, laser, pyrromethene 567.
337-339
G. ARRANZ, L. PALACIO, P. PRÁDANOS, A. HERNÁNDEZ
Grupo de Superficies y Materiales Porosos (SMAP), Dpto. Termodinámica y Física Aplicada, Universidad de Valladolid, 47071 Valladolid, España.
En este trabajo se ha comparado los resultados de caracterización de membranas de microfiltración por diversas técnicas microscópicas: Microscopía Electrónica de Barrido (SEM), Microscopía de Efecto Túnel (STM) y Microscopía de Fuerza Atómica (AFM). Se ha determinado la distribución superficial de tamaños de poro y la rugosidad superficial de cada una de las membranas estudiadas. Los resultados muestran que el efecto de la capa de recubrimiento de oro, necesaria en SEM y STM, no afecta significativamente a la distribución de tamaños de poro en este tipo de membranas. Sin embargo el efecto de la capa de recubrimiento disminuye de forma general la rugosidad de la superficie.
Palabras clave:Membranas de Microfiltración, Microscopía de Fuerza Atómica, Microscopía de Efecto Túnel, Microscopía Electrónica de Barrido, Distribución de Tamaños de Poro, Rugosidades.
Study of the microstructural modification by metallization of porous polymers by stm and afm
The results of the characterization of microfiltration membranes by different microscopic techniques: Scanning Electron Microscopy (SEM), Scanning Tunnelling Microscopy (STM) and Atomic Force Microscopy (AFM), have been compared. Pore size distribution on the surface and the surface roughness have been determine for each studied membrane. The results show that the effect of the gold layer, needed in SEM and STM, does not affect significatively the pore size distribution for these membranes. However, the effect of this layer decreases the surface roughnes.
Key words:
Microfiltration membranes, Atomic Force Microscopy, Scanning Tunnelling Microscopy, Scanning Electron Microscopy, Pore Size Distribution, Roughness.
340-344
G. ELLIS1, C. MARCO1, M.A. GÓMEZ1, C. BLANCAS2
1 Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros, CSIC, Juan de la Cierva 3, 28006 Madrid, España.
2 Centro Tecnológico de Repsol YPF, Carretera de Extremadura Km 18, 28931 Móstoles, Madrid
Una serie de muestras polimórficas de polipropileno isotáctico, obtenidos por nucleación selectiva, fueron estudiadas mediante espectroscopia vibracional. Se observó una correlación entre los espectros obtenidos y el parámetro de Turner-Jones, característico de la fracción del polimorfo β. Se evaluaron aspectos de la heterogeneidad estructural utilizando técnicas de mapeo con microscopia IR, microscopia Raman confocal, microscopia IR con radiación sincrotrón y microscopia IR de imagen.
Palabras clave: polipropileno, polimorfismo, heterogeneidad, microscopia vibracional, IR, Raman
Caracterization of structural heterogeneity in polymorphic polypropylene by vibrational spectroscopy: IR and Raman microscopy
A series of polymorphic samples of isotactic polypropylene, obtained via selective nucleation, were studied by vibrational spectroscopy. A correlation was observed between the spectra obtained and the Turner-Jones parameter, characteristic of the fraction of the β polymorph. Aspects of the structural heterogeneity in the samples were evaluated using mapping techniques with IR micrsocopy, confocal Raman microscopy, synchrotron IR microscopy and IR imaging microscopy.
Key words:
polypropylene, polymorphism, heterogeneity, vibrational microscopy, IR, Raman
345-347
C.Tablero, P.Wahnón, P.Palacios, J.J.Fernández
Instituto de Energía Solar ETSI Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid. 28040 Madrid.
En trabajos recientes se han descrito una serie de nuevos materiales conocidos como materiales de banda intermedia (MIB) que presentan una banda intermedia, aislada y parcialmente llena respecto a los semiconductores utilizados actualmente en la fabricación de dispositivos fotovoltaicos. Estas características hacen de este tipo de nuevos materiales candidatos para aumentar significativamente la absorción efectiva de la luz solar. En este trabajo utilizamos técnicas mecanocuánticas para el diseño y estudio de este tipo de materiales, en particular los sistemas Ga4P3Ti y Ga4As3Ti. En primer lugar analizamos las características estructurales y las propiedades electrónicas utilizando los diagramas de dispersión de energía. Para este estudio utilizamos el método DFT (Density Functional Theory) con la aproximación de gradiente generalizado (GGA) para los términos de intercambio y correlación, con pseudopotenciales, y utilizando combinaciones lineales de pseudorbitales atómicos confinados. Posteriormente analizamos las interacciones electrón-fotón en términos de las densidades de estados y elementos de matriz que servirán para caracterizar las transiciones directas.
Palabras clave:aleaciones semiconductoras, materiales fotovoltaicos, transiciones ópticas.
Design of new photovoltaic materials with intermediate band
A new kind of photovoltaic material with an intermediate band (MIB) and semiconductor characteristics have been recently identified in a previous work. These MIB present an isolated half-filled intermediate band located in the semiconductor energy band-gap compare to the conventional materials used to manufacture photovoltaic devices. Quantum efficiencies of photovoltaic conversion of these materials are related to efficient light absorption. In this work we use quantum mechanical techniques to design this type of materials, specifically the Ga4P3Ti and Ga4As3Ti alloys systems. For this task we use an accurate first principles methods to calculate band diagram and optical material parameters. Density Functional Theory has been used with the semi-local generalized gradient approximation (GGA) correction for the exchange-correlation potential, norm conserving non-local pseudopotential and confined lineal combination of atomic pseudo-orbitals. In order to further evaluate the potential of such materials of their light-absorption properties, direct optical transitions have been also determined using for that, the aforementioned first principles calculations.
Key words:
alloy semiconductors, photovoltaic materials optical transitions
348-351
B. BARCONES1, J. ÁLVAREZ-GARCÍA1, L. CALVO-BARRIO1, A. PÉREZ-RODRÍGUEZ1, A. ROMANO-RODRÍGUEZ1,
J. R. MORANTE1, R. SCHEER2, R. KLENK2, CH. PIETZKER2
1Grupo EME. Departamento de Electrónica, Facultad de Física (Universidad de Barcelona)
2Hahn-Meitner Institut (Berlín, Alemania)
En este trabajo se presenta un estudio detallado de los procesos implicados en la sulfurización de capas metálicas de Cu-In para la fabricación de células solares de CuInS2. Con este objeto, se ha desarrollado un experimento de sulfurización parcial de las capas, que han sido sometidas posteriormente a un tratamiento de selenización. El estudio de estas estructuras mediante Espectroscopía Raman y Espectroscopía de Electrones Auger (AES) ha permitido conocer algunos de los detalles de la reacción química, en concreto la identificación del frente de crecimiento de la reacción de sulfurización. Paralelamente, se ha desarrollado un sistema experimental que ha hecho posible investigar in-situ la reacción de sulfurización por Espectroscopía Raman, lo cual ha permitido un seguimiento preciso de la evolución estructural del material durante el proceso. Los resultados experimentales demuestran que la reacción de sulfurización se inicia en la superficie de la capa, dando lugar a la formación de CuInS2, coexistiendo dos estructuras cristalinas polimórficas (calcopirita y orden catiónico CuAu). Posteriormente la reacción química continúa asistida por la difusión de los metales hacia la superficie, que reaccionan con la atmósfera de azufre, de forma simultánea se produce una transformación de la fase CuAu del compuesto en la estructura calcopirita.
Palabras clave:CuInS2, in-situ Raman, calcopirita, orden CuAu
Study of the sulphurisation reaction of cu/in precursors for thin polycrystalline film CuInS2 solar cells
The details of the sulphurisation reaction of Cu/In metallic precursors layers for the preparation of CuInS2 solar cells have been investigated. For this purpose, we have designed an experiment using a combined sequence of sulphurisation and selenization steps. Analysing the resultant layers by Raman Spectroscopy and Auger Electron Spectroscopy (AES) we could study the details of the chemical reaction. By this method we have been able to identify where the chemical reaction between the metallic species and the reactive atmosphere takes place. Besides, we have developed an experimental system to analyse the sulphurisation process in-situ by Raman spectroscopy. With this system we studied the evolution of the material structure during the sulphurisation process. The experimental results prove that the reaction takes place in the surface, forming in the firsts steps CuInS2 in two different structures (chalcopyrite and CuAu ordering). Afterwards, the out-diffusion of the metallic atoms towards the surface allows the reaction between them and the sulphur vapour. Together with the sulphurisation process the improvement of the crystalline quality of the CuInS2 forming a chalcopyrite CuInS2 layer has been observed.
Key words:
CuInS2, in-situ Raman, chalcopyrite, CuAu ordering
352-356
A. Rodríguez, T. Rodríguez, J. Sangrador, C. Ballesteros*
Departamento de Tecnología Electrónica, E.T.S.I. de Telecomunicación, Universidad Politécnica de Madrid, 28040 Madrid.
*Departamento de Física, Escuela Politécnica Superior, Universidad Carlos III, 28911 Leganés (Madrid).
Se han investigado dos métodos, implantación iónica y cristalización a dos temperaturas, para reducir el tiempo de proceso y mejorar la estructura de películas policristalinas de SiGe obtenidas por cristalización en fase sólida aplicables en transistores de película delgada. Se partió de capas amorfas de SiGe obtenidas mediante depósito químico en fase vapor a baja presión sobre Si oxidado térmicamente. En ambos casos se estudió la cinética de cristalización y la microestructura de las capas mediante microscopía electrónica de transmisión y difractometría de rayos X. El primer método consistió en la implantación iónica de las muestras con C o F y la posterior cristalización a 600 ºC. Las muestras implantadas tienen tamaño de grano mayor y más uniforme que las no implantadas y los granos presentan una orientación (111) más acentuada. El segundo método consistió en la cristalización mediante dos recocidos a temperaturas distintas. Las muestras fueron procesadas a 625 ºC mediante procesado térmico rápido durante varios minutos para formar una cierta densidad de núcleos. Seguidamente se cristalizaron las capas a 525 ºC partiendo de los núcleos creados. La duración del proceso se reduce hasta en un 50 %. El tamaño de grano es igual o mayor que en las muestras no procesadas previamente y la orientación de los granos no se ve alterada.
Palabras clave:SiGe policristalino, procesado térmico rápido, implantación iónica, cristalización en fase sólida, tamaño de grano, textura
Methods for process time reduction and structural improvement of SiGe films obtained by Solid Phase Crystallization.
Two methods, ion implantation and crystallization at two different temperatures, have been investigated to reduce the process time and to improve the structural properties of polycrystalline SiGe films obtained by solid phase crystallization for thin film transistors applications. The starting material was amorphous SiGe films deposited by low pressure chemical vapour deposition on oxidized silicon substrates. The crystallization kinetics and microstructure were analyzed in both cases using transmission electron microscopy and X-ray diffractometry. The first method consisted of the ion implantation with C or F and the subsequent crystallization at 600 ºC. The implanted samples show greater grain sizes, smaller grain size dispersion and stronger (111) preferred orientation than the unimplanted ones. The second method consisted of the crystallization by sequential annealing at two different temperatures. The samples were processed by rapid thermal annealing at 625 ºC for several minutes to form a certain density of crystalline nuclei. The subsequent crystallization at 525 ºC takes place mainly from the previously induced nuclei. The process time is reduced by 50 %. The grain size in the samples processed in this way is at least equal than in the samples crystallized without the RTA treatment. This crystallization method does not affect the preferred orientation of the grains.
Key words:
Polycrystalline SiGe, rapid thermal processing, ion implantation, solid phase crystallization, grain size, texture.
357-362
J.M. González-Leal1, R. Prieto-Alcón2, J.A. Ángel2, R. Jiménez-Garay2, E. Márquez2
1Department of Chemistry. University of Cambridge. Lensfield Road. CB2 1EW. Cambridge. UK.
2Departamento de Física de la Materia Condensada. Facultad de Ciencias. Universidad de Cádiz. 11.510 – Puerto Real (Cádiz).
Se han preparado láminas semiconductoras amorfas de composiciones químicas As40S60-xSex (con x = 0, 20, 30, 40 y 60 % at.), mediante la técnica de evaporación térmica en vacío. Los valores del índice de refracción y del coeficiente de absorción de estas láminas, se determinaron a partir de los espectros de transmisión óptica, obtenidos en incidencia normal, en el intervalo espectral comprendido entre 400 y 2200 nm. Se ha encontrado un aumento en los valores del índice de refracción con el contenido de Se, dentro del intervalo espectral en estudio. El análisis de la dependencia composicional de esta constante óptica, haciendo uso de la relación de Lorentz-Lorenz, sugiere que este aumento se debe a la mayor polarizabilidad de los átomos de Se, relacionada con su mayor tamaño, en comparación con los átomos de S. Los valores del número de coordinación efectivo del As, se han estimado a partir del análisis de la dispersión del índice de refracción, sobre la base de un modelo basado en la fórmula del oscilador unidimensional. Los resultados revelan un aumento de este parámetro estructural con el contenido de Se, desde aproximadamente 3.0 hasta 3.4, lo que sugiere que la sustitución de S por Se favorece la compactación de la estructura. Estos resultados son consistentes con las medidas de difracción de rayos X realizadas sobre las muestras, en las que se observa una disminución en la intensidad del pre-pico de difracción. Finalmente, se ha encontrado que el gap óptico disminuye con el contenido de Se, desde 2.38 hasta 1.79 eV, lo que puede explicarse atendiendo a la menor energía de los enlaces As-Se, comparada con la de los enlaces As-S.
Palabras clave:Semiconductores amorfos, vidrios calcogenuros, propiedades ópticas.
Analysis of the Compositional Dependencies of the Optical Properties of Amorphous Semiconducting Films of the System As-S-Se
Amorphous As40S60-xSex (x = 0, 20, 30, 40 and 60 at. %) films have been prepared by vacuum thermal evaporation. Values for the refractive index and the absorption coefficient of these films have been determined from their transmission spectra, measured at normal incidence, in the spectral range from 400 to 2200 nm. It has been found that the refractive index of the samples increases with increasing Se content, over the entire spectral range. This behaviour can be explained, according to the Lorentz-Lorenz relationship, by the increased polarizability of the larger Se atoms, in comparison with S atoms. The values of the As effective coordination number, Nc, have been estimated from the analysis of the dispersion of the refractive index, in terms of a model based on the single-oscillator formula. The increase in Nc with increasing Se content, from around 3.0 to 3.4, which has been inferred from this analysis, suggests an increase in the structural compactness of the films when substituting S by Se. This conclusion is supported by the decrease observed in the intensity of the first sharp diffraction peak, in the X-ray patterns. Finally, it has been found a decrease in the optical bandgap with increasing Se content, from 2.38 to 1.79 eV, which can be plausibly explained considering the lower bonding energy of As-Se bonds compared with that of As-S bonds.
Key words:
Amorphous semiconductors, chalcogenide glasses, optical properties.
363-366
F. M. MORALES1, J. RAMÍREZ2, C. FERNÁNDEZ3, L. BARBADILLO4, J PIQUERAS4, D. ARAÚJO1, S. I. MOLINA1, R. GARCÍA1
1Dpto. de Ciencia de los Materiales e IM y QI. Universidad de Cádiz, Puerto Real, 11510-(Cádiz). España.
2Dpto. de Matemáticas. Universidad de Cádiz, Puerto Real, 11510-(Cádiz). España.
3Dpto de Química-Física. Universidad de Cádiz, Puerto Real, 11510-(Cádiz). España.
4Laboratorio de Microelectrónica, Facultad de Ciencias, C-XI 100, Universidad Autónoma de Madrid, 28049 Cantoblanco (Madrid). España.
Se presentan la fabricación y caracterización de capas delgadas de carburo de silicio (SiC) obtenidas mediante deposición química de vapores por elevación rápida de la temperatura (RTCVD). El proceso de carburización se lleva a cabo utilizando una mezcla de H2 y C3H8 como único gas precursor de C. Se carburizaron trozos de obleas de Si (001) a presión atmosférica y Si (111) y (001) en condiciones de vacío. Se han utilizado técnicas de microscopía electrónica de barrido (SEM), microscopía electrónica de transmisión convencional (CTEM), de alta resolución (HREM) y de difracción de electrones (TED) así como espectroscopía de infra-rojos por transformada de Fourier en su variante de reflectividad (R-FTIR) para el estudio de la composición y estructura de las capas delgadas obtenidas. Estas capas consisten mayoritariamente en 3C-SiC altamente orientado sobre el sustrato.
Palabras clave:Carburización de Si, SiC, RTCVD, TEM, FTIR
Transmission Electron Microscopy study of SiC layers obtained by carbonization of Si wafers
The fabrication and characterization of thin SiC layers obtained by Rapid Thermal Chemical Vapour Deposition (RTCVD) are reported. These SiC layers were grown in a simple home-made system for Si wafers carbonization. The growth process was carried out using a mixture of H2 and C3H8 as the C precursor. (001) Si was carbonized at atmospheric pressure while (111) and (001) Si surfaces were carbonized at vacuum conditions. Scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy in conventional (CTEM), high resolution (HREM), and electron diffraction (TED) modes, as well as reflectivity Fourier transform infra-red spectroscopy (R-FTIR) were the techniques used for the structural and compositional studies of these SiC layers that mainly consisted in highly oriented 3C-SiC.
Key words:
Si carbonization, SiC, RTCVD, TEM, FTIR
367-369
A.M.CHAPARRO, M.T.GUTIÉRREZ, J.HERRERO
Dep. Energías Renovables. CIEMAT. Avda. Complutense, 22. 28040-Madrid
Se presentan resultados sobre la preparación mediante depósito químico de interfases CuInS2 / buffer. Estas interfases son de interés en la fabricación de células solares de lámina delgada. Se lleva a cabo el crecimiento de películas buffer de ZnSe en un baño químico, mediante a partir de reaccionesón electroless y química. La interfase CuInS2 / ZnSe resultante se caracteriza por medio de técnicas microscópicas (AFM, SEM). Se presentan resultados de células solares del tipo CuInS2 / ZnSe / ZnO, en función del tipo de depósito de la lámina buffer.
Palabras clave:ZnSe, baño químico, lámina delgada, fotovoltaica
Chemical processing of semiconducting interfaces of CuInS2 / Buffer type for thin film solar cells.
Some results are presented about the preparation of CuInS2 / buffer interfaces by chemical bath deposition. This type of interface has an interest for solar energy conversion by thin- film solar cells. It is shown that the deposition of buffer films with ZnSe composition onto CuInS2 is due to a combined electroless and chemical reaction process. Characterization of the CuInS2 / ZnSe structure is carried out with X-ray diffraction and microscope techniques (AFM, SEM). Solar cells of CuInS2 / ZnSe / ZnO type are characterized as a function of buffer layer deposition process.
Key words:
ZnSe, chemical bath, thin film, photovoltaics.
370-372
R. CABALLERO, C. GUILLÉN
Departamento de Energías Renovables, CIEMAT, Avd. Complutense 22, 28040 Madrid, España
El objetivo de este trabajo es estudiar las propiedades estructurales y ópticas del Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) en lámina delgada tras diferentes tratamientos térmicos y químicos. El Cu(In,Ga)Se2 se ha obtenido mediante la selenización en vacío o Ar de los precursores metálicos evaporados secuencialmente. La secuencia de evaporación seguida fue In/Ga/Cu/In. Se obtuvieron láminas policristalinas de CIGS con estructura calcopirita fuertemente orientada en la dirección (112). Se observó una mejora de la naturaleza cristalina y de las propiedades ópticas tras la selenización en Ar. Se obtuvieron energías de banda prohibida, Eg, entre 0.98 y 1.10 eV para las diferentes relaciones atómicas, estando dominadas por el contenido de Ga. Se consiguió reducir la alta absorción por colas de banda de las láminas delgadas, especialmente cuando aumentaba el contenido de Cu, tras un tratamiento químico en KCN.
Palabras clave:láminas delgadas de Cu(In,Ga)Se2; propiedades estructurales; propiedades ópticas
Cu(In,Ga)Se2 thin films evaporation for photovoltaic applications
The aim of this work is to study the structural and optical properties of Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) thin films after thermal and chemical treatments. Cu(In,Ga)Se2 thin films have been obtained by means of the selenization in vacuum or Ar of the metallic precursors evaporated sequentially. The sequence of evaporation was In/Ga/Cu/In. Single-phase chalcopyrite and polycrystalline CIGS films with (112) preferred orientation were obtained. An improvement in the crystallite feature and optical properties is observed after Ar selenization. Band gap energies, Eg, between 0.98 and 1.10 were obtained for different atomic ratios, being dominated by the Ga content. Thin films high absorption coefficient was reduced in band tails, specially when Cu content increases after chemical treatment in KCN.
Key words:
Cu(In, Ga)Se2 thin films; structural properties; optical properties
373-375
M. HERRERA, D. GONZÁLEZ, M. U. GONZÁLEZ1, Y. GONZÁLEZ1, L. GONZÁLEZ1, R. GARCÍA
Departamento de Ciencia de los Materiales e I.M. y Q.I., Universidad de Cádiz, Apartado 40, 11510 Puerto Real, Cádiz, España.
1Instituto de Microelectrónica de Madrid, C/ Isaac Newton, 8 (PTM), 28760-Tres Cantos, Madrid, España
El estudio mediante Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM) de capas InGaAs/GaAs(001) crecidas a 200ºC reflejó la existencia de una red de dislocaciones de Lomer en el seno de la capa, muy prometedora para la efectiva relajación de la estructura con una disminución en la densidad de dislocaciones de propagación. Sin embargo, la capa presentaba un grado de relajación deficiente, por lo que resultaba metaestable. Con el fin de aprovechar las ventajas que ofrecía dicha red de Lomer, se crecieron capas de desacoplo a 200ºC seguidas de una capa a 400º o 500ºC (en forma dinámica y escalonada) para relajar completamente la estructura. No obstante, no se consiguió reproducir la mencionada red, observándose otra constituida por dislocaciones de 60º, situada en la zona de cambio entre las dos temperaturas de crecimiento utilizadas. Las razones de este cambio se discuten en el trabajo.
Palabras clave:relajación, dislocaciones de Lomer, capas amortiguadoras, InGaAs/GaAs(001), TEM
Study of InGaAs/GaAs(001) buffers by combined growth of ALMBE-MBE in dynamic or stepped way
Transmission Electron Microscopy study of low temperature (200º C) grown InGaAs/GaAs(001) layers showed an unexpected Lomer dislocation network in the middle of the layer, which appears as a promising one for the effective structure relaxation without a high density of threading dislocations. However, the layer remained metastable, due to a lack in the relaxation degree. To take advantage of such a network, buffers layers were grown at 200º C by ALMBE, followed by a layer grown at 400ºC or 500ºC (in a dynamic and a stepped way), in order to reach the complete relaxation of the structure. Nevertheless, the Lomer network did not appear, substituted by a 60º dislocations one, placed in the region with the growth temperature change. The reasons of this change are discussed.
Key words:
relaxation, Lomer dislocation, buffer, InGaAs/GaAs(001), TEM
376-378
M. Herrera, D. González, M. U. González*, Y. González*, L. González*, R. García
Departamento de Ciencia de los Materiales e I.M. y Q.I., U. de Cádiz, Apartado 40, 11510 Puerto Real, Cádiz, España
*Instituto de Microelectrónica de Madrid, C/ Isaac Newton, 8, 28760-Tres Cantos, Madrid, España
En este trabajo se han estudiado capas simples de InGaAs/GaAs(001) crecidas a 200ºC y 500ºC por Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM) y Difracción de Rayos X de Doble Cristal (DCXRD). Los resultados obtenidos muestran que el crecimiento a baja temperatura inhibe el proceso de relajación plástica, apareciendo las dislocaciones de desajuste (DD) durante el ciclo térmico posterior al crecimiento. El grado de relajación plástica final alcanzado en las muestras recocidas es inferior respecto de las crecidas a alta temperatura, debido a la existencia de una sola superficie donde nuclear dichas dislocaciones. Además, se ha observado que la modulación de composición también dificulta la relajación plástica, ya que introduce puntos de tensión en el seno del material que obstaculizan el movimiento de las dislocaciones, tanto en estructuras crecidas a alta como a baja temperatura.
Palabras clave: inhibición de la relajación, crecimiento a baja temperatura, modulación de composición, InGaAs/GaAs(001), TEM
Plastic relaxation inhibition in low temperature growth of InGaAs/GaAs(001) heterostructures
Low and high temperature grown InGaAs/GaAs(001) epilayers have been studied by Transmission Electron Microscopy and Double Crystal X Ray Diffraction. Our results show that low temperature growth inhibits plastic relaxation, and misfit dislocations only appearing in the subsequent thermal annealing. The final plastic relaxation degree reached in this way is lower than in high temperature growth, due to the availability of a single surface where misfit dislocations could nucleate. In addition, we have observed that composition modulation even delays plastic relaxation flow, since it introduces tension points that block the dislocation movement, causing the strain-hardening of the alloy.
Key words:
relaxation inhibition, low temperature growth, composition modulation, InGaAs/GaAs(001), TEM
379-382
E. SAN ANDRÉS, A. DEL PRADO, A. J. BLÁZQUEZ, I. MÁRTIL, G. GONZÁLEZ-DÍAZ
Departamento de Física Aplicada III, Facultad de Ciencias Físicas, Universidad Complutense de Madrid, E-28040 Madrid, España.
Se han fabricado estructuras MIS sobre Si (100) mediante un proceso en dos pasos: una primera exposición del sustrato de Si a un plasma ECR de oxígeno, que da lugar a la obtención de una capa de SiOx (en adelante PO-SiOx), seguido de un depósito de nitruro de silicio (SiN1.55:H) mediante plasma ECR. La estructura MIS resultante es de la forma Al/SiN1.55:H/PO‑SiOx/Si. Los dispositivos han sido caracterizados mediante la medida simultánea de las capacidades a alta y baja frecuencia, lo que permite conocer la calidad de la intercara PO‑SiOx/Si, calcular los espesores de la capa de PO‑SiOx y la velocidad de crecimiento del SiNx:H. Para caracterizar el proceso de oxidación se realizaron varias series de muestras variando en cada una un parámetro del proceso. Estos parámetros fueron: el tiempo de depósito del SiNx:H, el tiempo de oxidación, la temperatura del sustrato y el flujo total de O2.
Asimismo, se ha estudiado la estructura de enlaces del dieléctrico apilado mediante espectroscopia infrarroja. El espectro del dieléctrico apilado mostró la superposición de dos picos: uno de menor intensidad asociado al PO‑SiOx con el máximo en 1056 cm-1, y otro debido al SiN1.55:H con máximo en 860 cm-1. Estas medidas mostraron que la ley que rige el crecimiento del PO‑SiOx es dSiO = 2.7 tox0.26 nm donde dSiO es el espesor de la capa de PO-SiOx y tox es el tiempo de oxidación en min. Por lo que respecta a las características eléctricas, las estructuras presentaron mínimos de la densidad de trampas en la intercara (Dit) cercanos a 1011 eV-1cm-2. Este valor es inferior al que presentaron las estructuras sin oxidar, del tipo SiN1.55:H/Si. Además, los dispositivos apilados mostraron un barrido del nivel de Fermi mayor y una histéresis prácticamente despreciable.
Palabras clave:Plasma ECR, oxidación por plasma, subóxido de Si, dieléctrico apilado
Si oxidation processes by electron cyclotron resonance plasmas
MIS structures have been fabricated on Si (111) by a two-step process: first an exposition of the Si substrates to an ECR oxygen plasma was performed, which yields a layer of SiOx (in the following PO-SiOx); this process was followed by an ECR plasma silicon nitride deposition (SiN1.55:H). The resulting MIS structure is Al/SiN1.55:H/PO-SiOx/Si. Devices have been characterized by the simultaneous measurement of the capacitance at high and low frequencies. This measurement lets us know the PO-SiOx/Si interface quality, calculate the thickness of the PO-SiOx layer and the growth rate of SiN1.55:H. To characterize the oxidation process some series of samples were prepared. In each series a process parameter was varied. These parameters were: the SiN1.55:H deposition time, the ECR plasma oxidation duration, the substrate temperature and the total oxygen flux.
The bonding structure of the stacked dielectric has been studied by infrared spectroscopy. The stacked dielectrics spectra showed the superposition of two peaks: a less intense peak associated to the PO-SiOx layer with its maximum in 1056 cm-1, and another one due to the SiN1.55:H film with its maximum in 860 cm-1. These measurements showed that the PO‑SiOx growth law is dSiO = 2.7 tox0.26 nm where dSiO is the PO-SiOx layer thickness and tox is the oxidation time in min. Concerning electrical characteristics, stacked MIS devices showed interface trap density minimums (Dit) close to 1011 eV-1cm-2. This value is inferior to the one that non-oxydized devices (Al/SiN1.55:H/Si) show. Also, stacked devices presented higher Fermi level sweeps and an electrical hysteresis almost insignificant.
Key words:
383-385
O. CASALS1 M. HAFFAR1 B. BARCONES1, A. ROMANO1, C.SERRE1, A. PÉREZ1, J.R. MORANTE1,
P. GODIGNON2, J. MONTSERRAT2, J. MILLÁN2
1EME, Departament d’Electrònica, Universitat de Barcelona, 08028 Barcelona
2IMB-CNM, CSIC; Campus UAB, 08193 Bellaterra
En este trabajo se presenta un estudio químico y estructural de las capas metálicas de Pt y TaSix utilizadas como puerta catalítica en sensores de gas de alta temperatura basados en dispositivos MOS de SiC. Para ello se han depositado capas de diferentes espesores sobre substratos de Si. Los resultados muestran que con la reducción del espesor de Pt y con un recocido se consigue aumentar la rugosidad de las capas de puerta, lo que debería aumentar la sensibilidad y la velocidad de respuesta de los dispositivos que las incorporasen. Otro efecto del recocido es la transformación química del material de la puerta que, para capas delgadas de Pt con TaSix, produce la transformación total Pt en Pt2Ta, lo que podría afectar a las características catalíticas de la puerta. Los primeros resultados eléctricos indican que, a pesar de que las capas de Pt empleadas son gruesas y compactas, los diodos MOS túnel de SiC son sensibles a los gases CO y NO2, aunque presentan una velocidad de respuesta bastante lenta.
Palabras clave:puerta catalítica; MOS; Carburo de silicio; sensores de gas; Alta temperatura
Catalitic gates for gas sensors based on SiC technology
In this work the chemical and structural characterisation of metallic layers of Pt and TaSix, employed as catalytic gates in high temperature gas sensors based on MOS devices on SiC substrates, is presented. For the study layers of different thickness have been deposited on Si substrates. The results show that the roughness of the layers increases with the reduction of the thickness of Pt and with annealing, which should give rise to an increase in the sensitivity and response speed of the devices. Another consequence of the annealing is the chemical transformation of the gate’s materials that, for thin films of Pt with TaSix, produces the complete transformation of Pt into Pt2Ta, which might affect the catalytic properties of the gate. The first electrical results show that, even with thick and compact Pt layers, the SiC-based MOS tunnel diodes are sensitive to CO and NO2 gases, although the response time is relatively long.
Key words:
Catalytic gate; MOS; Silicon carbide; Gas sensors; High temperature
386-389
A. RODRÍGUEZ, T. RODRÍGUEZ, J. SANGRADOR, E. SAN ANDRÉS1, I. MÁRTIL1
Departamento de Tecnología Electrónica, E.T.S.I. de Telecomunicación, U.P.M., 28040 Madrid.
1Departamento de Física Aplicada III, Facultad de Ciencias Físicas, U.C.M., 28040 Madrid.
En este trabajo se ha caracterizado el proceso de hidrogenación en un plasma generado por resonancia ciclotrónica de electrones de capas de SiGe policristalino obtenidas mediante cristalización en fase sólida y el efecto de la hidrogenación en las características eléctricas de transistores de película delgada fabricados usando dicho material. Los procesos de hidrogenación se realizaron a 150 y 250 ºC, con duraciones de hasta 11 horas. Los espectros de transmitancia en infrarrojo muestran solamente las bandas de absorción características de los enlaces Si-H. Estas bandas indican que el hidrógeno se incorpora al material enlazándose principalmente con los átomos de silicio. Las medidas de reflectancia en el ultravioleta indican que se crea daño en la superficie de la muestra y que éste aumenta a medida que lo hace el contenido en Ge. Los transistores de película delgada con capa activa de SiGe policristalino muestran un fenómeno de degradación consistente en que la corriente que atraviesa el canal disminuye con el tiempo manteniendo fijas las condiciones de polarización. La hidrogenación de los transistores hace que la degradación sea cada vez más lenta a medida que aumenta el tiempo de proceso en plasma a temperatura constante.
Palabras clave:SiGe policristalino, hidrogenación, plasma ECR, transistor de película delgada, degradación.
Hydrogenated polycrystalline SiGe films and their application in Thin Film Transistors
The hydrogenation of polycrystalline SiGe layers, obtained by solid phase crystallization, by an electron ciclotron resonance hydrogen plasma and the influence of this hydrogenation process on the electrical characteristics of thin film transistors fabricated using this material as active layer have been studied. The hydrogenation processes were carried out at 150 and 250 ºC for several times, up to 11 hours. Infrared transmission spectra of these samples show only the absorption bands corresponding to Si-H bonds, indicating that hydrogen atoms are bonded mainly to silicon atoms. Ultraviolet reflectance measurements show that the surface damage caused by the plasma exposure increases as the Ge content of the film does. The transistors fabricated using polycrystalline SiGe films as active layer show a degradation phenomenon, consisting of a progressive decrease of the drain current at constant gate and drain bias. The degradation slows down as the hydrogenation time increases at constant temperature.
Key words:
Polycrystalline SiGe, hydrogenation, ECR plasma, Thin Film Transistor, degradation.
390-393
R. FERRÉ, B. GARRIDO, P. PELLEGRINO, C. GARCÍA, J.R. MORANTE
Eme, Departament d’Electrònica, Universitat de Barcelona, Martí i Franqués 1, 08028 Barcelona, España
En este trabajo describimos la tecnología y los materiales empleados en la fabricación de nanocristales de silicio (Si-nc) para obtener dispositivos luminiscentes usando procesos compatibles con la tecnología CMOS. Los nanocristales de Silicio se sintetizaron a partir de una implantación iónica sobre SiO2 y un posterior recocido, consiguiendo una distribución de tamaños que varia desde 2.5 a 6 nm dependiendo de la dosis de implantación. Todas las muestras presentan una fotoluminiscencia ancha alrededor de 700-800 nm (rojo), que se desplaza fuertemente con el tamaño medio de los nanocristales. Las estructuras más eficientes presentan una tamaño promedio de 3 nm, con una densidad de 1019 cm-3. En cuanto a fotoluminiscencia, se ha hecho una estimación de las energías del gap, de las vidas medias (20-200 μs) y las secciones eficaces de absorción (10-15-10-16 cm2) en función del tamaño y de la pasivación de la superficie de los nanocristales. En estructuras tipo MOS con Si-nc se obtuvo electroluminiscencia muy fuerte y estable a temperatura ambiente. Las curvas I-V muestran que la corriente es debida puramente a un mecanismo de efecto túnel.
Palabras clave:Silicio, nanocristales, fotoluminiscencia, electroluminiscencia, recocido
Silicon nanocrystals embedded in silicates for photonic applications
We describe in this work the development of both materials and technology approaches that have allowed us to successfully produce efficient and reliable LEDs by using only CMOS processes. Si nanocrystals (Si-nc) were synthesised in SiO2 by ion implantation plus annealing and display average diameters from 2.5 to 6 nm. Wide photoluminescence around 700-800 (red) nm is present in all the samples. The most efficient structures have Si-ncs with average size of 3 nm and densities of 1019 cm-3. We have estimated band-gap energies, lifetimes (20-200 μs) and absorption cross-sections (10-15-10-16 cm2) as a function of size and surface passivation. From highly luminescent Si-nc, LEDs consisting of MOS capacitors were fabricated. Stable red electroluminescence has been obtained at room temperature and the I-V characteristics prove that the current is related to a pure tunnelling process.
Key words:
Silicon, nanocrystals, photoluminescence, electroluminescence, anneal
394-396
M. A. García1, A. Argüelles1, A. Fernández Canteli1, L. Chacón2, J. Viña1
1Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón. Universidad de Oviedo. Campus de Viesques. Ed. Este, 33204. Gijón
2Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de los Materiales, Universidad Central de Venezuela
En el presente trabajo se lleva a cabo un análisis, según la distribución de Weibull, de la influencia de la permutación secuencial de daño en la resistencia a tracción última de un material compuesto de matriz termoplástica PEI reforzado con tejido de fibra de vidrio. Los daños simulados han sido los siguientes: fatiga hasta un millón de ciclos a una tensión máxima del 20% de la resistencia a tracción, el daño a impacto desde una altura de 750 mm, el envejecimiento acelerado en las condiciones 95% H.R., temperatura de 70 ºC y periodo de permanencia 360 horas y por último el envejecimiento térmico a 150 ºC durante 360 horas.
Palabras clave:compuesto, resistencia mecánica, fibra de vidrio, PEI.
Statistical analysis of the mechanical behaviour of a thermoplastic matrix composite reinforced with glass fiber subjected to different damage sequence.
An statistical analysis according to Weibull distribution has been carried out in order to test the influence of the damage sequence permutation in the ultimate tensile strength of a PEI matrix composite reinforced with glass fiber. The damages carried out have been: fatigue to a million of cycles with a stress of 20% tensile strength, impact damage from 750 mm, hygrothermal ageing to 95% H.R. and 70ºC during 360 hours and thermal ageing to 150ºC during 360 hours.
Key words:
composites, mechanical strength, glass fiber, PEI.
397-400
A. UREÑA, J. RAMS, M. D. ESCALERA Y M. CAMPO
Dpto. de Ciencias Experimentales e Ingeniería, Escuela Superior de Ciencias Experimentales e Ingeniería
Universidad Rey Juan Carlos, C/ Tulipán s/n, Móstoles 28933, Madrid
Con objeto de prevenir la degradación y mejorar la mojabilidad de los materiales compuestos de matriz de aluminio reforzados con partículas de SiC se ha desarrollado un recubrimiento microcristalino, homogéneo y transparente de SiO2 obtenido por el método sol-gel. La eficacia del recubrimiento como barrera se ha comprobado realizando ensayos de fusión a diferentes tiempos y temperaturas sobre pastillas de material compuesto de matriz de aluminio obtenidas por compactación en frío de polvos. El recubrimiento limita la formación de Al4C3, lo que indica que la resistencia a la degradación del nuevo material es muy superior a la del fabricado con partículas de SiC sin recubrir.
Palabras clave: SiC, aluminio, materiales compuestos, sílice, sol-gel, reactividad
protection study of aluminium matrix composites reinforced with SiC particulates coated with sol-gel active barriers
A microcrystalline, homogeneous and transparent sol – gel silica coating has been developed to avoid the degradation and improve the wettability of aluminium matrix composites reinforced with SiC particles. Composite aluminium matrix samples have been made by cold powder compaction, and the coating efficiency has been checked by melting the samples several temperature and times. The coating reduces the appearance of Al4C3, showing that the degradation resistance of the new material is much higher than that of the uncovered SiC particles composite one.
Key words:
SiC, aluminium, composites, silica, sol-gel, reactivity
401-405
A. ARIAS, R. ZAERA, J. LÓPEZ-PUENTE. C. NAVARRO
Dpto. Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras, Universidad Carlos III de Madrid 28911 Leganés, Madrid, España
En este trabajo se presenta el proceso de fabricación de un material compuesto de matriz polimérica y carga cerámica, su caracterización mecánica estática y su comportamiento frente a impacto. Como matriz se ha empleado una resina viniléster y como carga cerámica se han empleado partículas de alúmina y carburo de silicio. Estas partículas, con un tamaño medio comprendido entre 1.5 mm y 4.5 mm, presentan bajo coste y alta disponibilidad. La compactación uniaxial permitió obtener losetas con un elevado porcentaje de partículas cerámicas (hasta el 80% en peso) y baja porosidad. Se han realizado ensayos de compresión estática sobre el material desarrollado para analizar la influencia de varios factores: fracción volumétrica de partículas, tamaño de partícula, material de las partículas y temperatura. La resistencia a compresión cuasiestática del nuevo material compuesto se incrementa al aumentar la fracción volumétrica de partículas, siendo prácticamente independiente del tamaño de éstas, en el rango granulométrico considerado. El incremento de la temperatura supone una disminución en las propiedades cuasiestáticas. El bajo coste del material desarrollado justifica su aplicación en protecciones que requieran de una eficiencia frente a impacto intermedia entre la correspondiente a placas metálicas y a los paneles cerámica/metal.
Palabras clave:Partículas cerámicas, Matriz polimérica, Eficiencia balística, Compresión estática, Ensayo de profundidad de penetración.
Manufacturing and compressive behavior of a polymeric material loaded with ceramic particles
A polymeric material loaded with ceramic particles was developed and its static and impact behaviors were determined. A vinylester resin, used as matrix, was reinforced with alumina or silicon carbide particles. These particles, with mean sizes between 1.5 and 4.5 mm, are cheap and readily obtainable. The manufacturing process produced tiles with a high percentage of ceramic particles (up to 80% by weight) and low porosity. The static compressive behavior of the composite was examined to consider various factors: ceramic fraction, particle size, material of particles and temperature. A higher volumetric fraction of particles produces an increase of stiffness and raises the yield stress of the composite; the influence of size of particles is not determinant. High temperatures produces a decrease of the mechanical properties. The efficiency of this low-cost material is halfway between that of the conventional metallic materials and the monolithic ceramic tiles used in lightweight protection.
Key words:
Ceramic particles, Polymeric matrix, Ballistic efficiency, Static compression, Depth of penetration test.
406-408
A. PARDO1,, M.C. MERINO1, S. MERINO2, M.D. LÓPEZ3, M.D. ESCALERA1, F. VIEJO1
1Departamento de Ciencia de Materiales, Facultad de Química, Universidad Complutense, 28040, Madrid, España
2Departamento de Tecnología Industrial, Universidad Alfonso X El Sabio, 28691, Villanueva de la Cañada, Madrid, España
3Escuela Superior de Ciencias Experimentales y Tecnología, Universidad Rey Juan Carlos, 28931, Móstoles, Madrid, España
Se estudia la influencia de la proporción de SiC en la resistencia a la corrosión de los materiales compuestos de matriz de aluminio A380/SiC/10p, A380/SiC/20p, A360/SiC/10p y A360/SiC/20p, cuando operan en un ambiente con 80% HR a 25º y 50ºC, que ha sido simulado mediante cámara climática. La matriz del material A360/SiC/xxp no contiene Cu, mientras que el material A380/SiC/xxp contiene entre el 1,39-1,44% de Ni y 3,13-3,45 de Cu. Se ha llevado a cabo un estudio cinético mediante medidas gravimétricas. Se ha estudiado la naturaleza de los productos de corrosión en función de la proporción de refuerzo, de la composición de la matriz y de las condiciones de exposición al medio agresivo. Para la humedad ensayada, la resistencia a la corrosión de estos materiales es elevada y el grado de protección de la capa pasiva es alto. El grado de daño, aunque es pequeño aumenta con la temperatura y es función tanto de la composición de la matriz como del porcentaje de refuerzo.
Palabras clave:Corrosión de materiales compuestos, Medios acuosos, Óxidos de aluminio, Corrosión generalizada.
Influence of reinforcement grade and matrix composition on corrosion resistance in cast aluminium matrix composites (A3xx.x/SiC) on 80%HR
A study of the influence of the SiCp proportion of four aluminium metal composites (A380/SiC/10p, A380/SiC/20p, A360/SiC/10p y A360/SiC/20p) on 80%HR at 25 and 50ºC, simulated under climatic chamber. The matrix of A360/SiC/xxp composites is virtually free of Cu while the A380/SiC/xxp matrix contains 1.39-1.44wt%Ni and 3.13-3.45wt%Cu. The kinetics of the corrosion process were studied on the basis of gravimetric tests. The nature of corrosion products was studied as a function of the reinforcement proportion, matrix concentration and test conditions. At the humidity environment tested, both the material corrosion resistance and the stability of the passive layer were high. The damage was low and increased with temperature, SiCp proportion and Cu matrix composition.
Key words:
Corrosion composites, Aqueous environments, Aluminium oxides, General corrosion.
409-412
A.UREÑA, J.RAMS, M.D.ESCALERA, M.SÁNCHEZ
Dpto. Ciencias Experimentales e Ingeniería. E.S. Ciencias Experimentales y Tecnología. Univ. Rey Juan Carlos. 28933 Móstoles, Madrid
Los materiales compuestos de matriz de aluminio (AMC) reforzados con fibra de C (Cf) presentan unas buenas propiedades mecánicas y una gran capacidad de autolubricación. Sin embargo, las fibras de C tienen una pobre mojabilidad y reaccionan con el aluminio fundido formando Al4C3 en la intercara matriz-refuerzo, lo que provoca la degradación de las propiedades mecánicas del material. Para aumentar la mojabilidad y prevenir la reacción, se han recubierto las fibras con una fina capa de Cu o de Ni, utilizando el proceso de “electroless”. Se han fabricado AMC utilizando Cf sin recubrir y recubiertas de Cu o Ni. Se ha estudiado la intercara matriz-refuerzo mediante SEM / EDX y se han realizado ensayos mecánicos de nanoindentación para evaluar las propiedades mecánicas de la intercara matriz-refuerzo.
Palabras clave:electroless, material compuesto de matriz de aluminio, nanoindentación.
Interaction between molten aluminium and copper and nickel coated carbon fibers in metal matrix composites
Aluminium Matrix Composites (AMC) reinforced with carbon fiber (Cf) show good mechanical properties and great capability of autolubrication. However, carbon fibers have poor wetting and react with molten aluminium producing aluminium carbide (Al4C3), that degrades the composite mechanical properties. In order to improve the wetting and to avoid the reaction between Cf and aluminium, the fibers have been coated with a thin layer of Cu and Ni, using an electroless process. AMC have been made using uncoated carbon fibers and Cu or Ni coated ones. The matrix-reinforcement interface has been analysed using SEM / EDX. Nanoindentation mechanical tests have been carried out to evaluate mechanical properties of the matrix-reinforcement interface.
Key words:
electroless, aluminium matrix composite, nanoindentation.
413-415
A. RECUERO, J. P. GUTIÉRREZ, C. LÓPEZ, A. DE DIEGO
Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja. C.S.I.C.
Los polímeros reforzados con fibras de carbono se están utilizando cada vez más para el refuerzo de estructuras de hormigón, reemplazando a los sistemas tradicionales de refuerzo con acero. Esto es debido a sus altas resistencia y rigidez específicas, resistencia a la corrosión, ligereza y facilidad de manejo y puesta en obra.
Este artículo presenta un estudio sobre el comportamiento de vigas de puentes reforzadas con bandas de CFRP mientras se mantiene el puente en servicio de manera que la estructura está sometida a cargas dinámicas con el adhesivo fresco. En los ensayos realizados se ha observado que las cargas dinámicas no afectan a la efectividad del refuerzo.
Palabras clave:adhesivos, refuerzo de estructuras, ensayos experimentales, cargas dinámicas
Experimental test of structural adhesives subjected to dynamic loads while hardening
Carbon fibre reinforced polymers are increasingly replacing the steel reinforcing systems in the repair and strengthening of concrete structures thanks to their high strength/weight and stiffness/weight ratios, corrosion resistance, lightweight, and ease of handling and application. This paper presents a study on the behaviour of bridge concrete beams strengthened with CFRP sheets when the strengthening is made when traffic is acting so that the structure is subjected to dynamic loads while the adhesive is still fresh. No reduction in the effectiveness of the strengthening was observed in the tests.
Key words:
adhesives, strengthening of structures, experimental tests, dynamic loads
416-419
E. GORDO, A. OLIVA, E.M. RUIZ-NAVAS, J.M. TORRALBA
Dpto. Ciencia de Mat. e Ing. Metalúrgica. Universidad Carlos III de Madrid.
El objetivo de este trabajo es el desarrollo de materiales compuestos de matriz Fe con alto contenido en carburos con propiedades entre los aceros rápidos y los carburos cementados, ya que estos últimos son más duros y presentan mayor resistencia al desgaste que los primeros pero también menor tenacidad. Además, se hace deseable la sustitución de Co o Ni por otros aglomerantes debido a los riesgos medioambientales y para la salud que estos metales representan. En este trabajo se estudia la obtención de un material formado por una matriz de acero con adición de 50 % en masa de carburos de wolframio (WC) y tantalio (TaC). Para ello se han utilizado técnicas de molienda de alta energía que permiten obtener un polvo compuesto con una buena unión metal-cerámica y una distribución homogénea de carburos en la matriz. Después de la caracterización del polvo compuesto se compactaron probetas en matriz uniaxial con objeto de estudiar la sinterabilidad del material. Los compactos fueron sinterizados en vacío a distintas temperaturas y tiempos, y se determinaron propiedades como la densidad, variación dimensional y dureza después de la sinterización. Por último se realizó un análisis por microscopía electrónica de barrido para observar la evolución de la microestructura.
Palabras clave: Pulvimetalurgia, Cermets, Materiales Compuestos de matriz metálica, Carburos, Molienda de Alta Energía
Development of Fe-based metal matrix composites
The objective of this study aims to the development of Fe-matrix composites with high carbide content to achieve properties between high-speed steels (HSS) and cemented carbides. Cemented carbides are harder and show higher wear resistance than HSS, but lower toughness. Besides, the substitution of Co or Ni for other binders is desirable due to the carcinogen character of these metals. In this work, a material constituted by an iron matrix and a 50 % wt of WC and TaC carbides is developed. High-energy milling has been used to obtain composite powders presenting a good bonding and homogeneous distribution of the carbides in the matrix. Those powders were characterised and compacted by die pressing. The green compacts were sintered at different temperatures, and properties like hardness and density were determined. Also, the wear behaviour was studied and microstructural analysis by SEM was carried out to complete the study.
Key words:
Powder Metallurgy, Cermets, Metal Matrix Composites, Carbides, High-Energy Milling
420-422
L. CHACÓN1, J. VIÑA2, A. ARGÜELLES2, R. ZENASNI3, I. VIÑA2
1Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de los Materiales, Universidad Central de Venezuela
2Escuela Politécnica Superior de Ingeniería, Universidad de Oviedo, Campus de Viesques, 33204 Gijón
3Departamento de Física, Universidad de Ciencias y de Tecnología de Orán (Argelia)
Se ha estudiado el comportamiento mecánico de un compuesto fabricado con un termoplástico PEI (polieterimida) reforzado con tejido de fibra de vidrio, frente a ensayos en los que se mantienen tensiones iguales a un tercio de su resistencia a tracción a 50, 100 y 150 ºC, durante periodos comprendidos entre 250 y 3000 minutos. En los resultados se observa una disminución de la resistencia y de la deformación en las tres temperaturas, con un mantenimiento de sus valores hasta las ensayadas a 3000 minutos. Además fueron expuestas un grupo de probetas del material, a envejecimiento acelerado en cámara higrotérmica a 70 ºC y a un 95% de H.R., durante 30 días; para luego someterlas a los ensayos antes descritos. Para esas probetas se obtuvieron pequeñas fluctuaciones de la resistencia y deformación con el tiempo, sin observarse una influencia significativa de la temperatura a la que se hicieron los ensayos termomecánicos.
Palabras clave:PEI, fibra de vidrio, envejecimiento higrotérmico, resistencia a tracción.
Evaluation of the mechanical behavior of composite PEI – glass fiber subjected to thermal solicitations
The mechanical behavior of a composite with thermoplastic matrix and glass fiber reinforcement has been studied. It has been tested to constant stresses of a value equivalent to tensile strength divided by three to 50, 100 and 150 ºC, during periods of time between 250 and 3000 minutes. A decrement of the tensile strength and deformation can be observed in the three temperatures. Also a group of specimens have been exposed to accelerated aging in an environmental chamber to 70 ºC and 95% RH, during 30 days; and after they have been tested. In that case a decrement of the strength and deformation after 250 minutes has been observed, but in larger time of exposure these properties suffered an increment.
Key words:
PEI, glass fiber, aging, tensile strength.
423-425
R. ZENASNI1, A.S. BACHIR1, M.A. GARCÍA2, J. RIBA2, A. ARGÜELLES2, J.VIÑA
1Dpto. Física, Universidad de Ciencias y de Tecnología de Orán,1505 El Menaour (Argelia)
2E. P. Superior de Ingeniería de Gijón, Campus Universitario de Viesques, 33204 Gijón
En este trabajo se realiza un estudio sobre la influencia del envejecimiento higrotérmico en el comportamiento a fractura interlaminar de tres tipos de compuestos, dos de ellos reforzados con tejido de fibra de vidrio(2/2 Twill, y 8H Satin) y otro con fibra de carbono (8H Satin) . El envejecimiento se realizó manteniendo, durante diferentes periodos de tiempo, probetas en una cámara climática bajo unas determinadas condiciones de temperatura y humedad relativa. La determinación de la tenacidad a fractura interlaminar se realizó utilizando probetas de modos I (DCB) y II (ENF). El análisis realizado consistió en poner de manifiesto los diferentes mecanismos de rotura a fractura que se generan tras someter las probetas a la exposición higrotérmica. De los resultados de los ensayos se concluye un diferente comportamiento a fractura según el refuerzo existente y también a igual refuerzo, según la trama del tejido
Palabras clave: fibra vidrio, fibra carbono, PEI, modo I, modo II, envejecimiento higrotérmico.
Effect of hygrothermal aging on the interlaminar fracture behaviour of thermoplastic matrix composite materials
Aging was carried out by introducing the materials into a climatic chamber under appropriate conditions of temperature, humidity and time. The materials are made of two types of weaving (2/2 Twill, 8H Satin) glass fibre, and (8H Satin) carbon fibre. The matrix was polyetherimide(PEI). In order to characterize the interlaminar fracture a mechanical test was carried out using the mode I Double Cantilever Beam (DCB) and mode II End Notched Fixed (ENF) tests. The analysis consists of knowing the different failure mechanisms which have generated the hygrothermal aging
Key words:
glass fibre, carbon fibre, PEI, mode I, mode II, hygrothermal aging.
426-428
P. BENITO1, F.M. LABAJOS1,2, P. MORENO2, W. JONES3
1Departamento de Química Inorgánica. Universidad de Salamanca E.T.S. Ingeniería Industrial, Béjar 37700 Salamanca.
2Departamento de Ingeniería Mecánica. Universidad de Salamanca E.T.S. Ingeniería Industrial, Béjar 37700 Salamanca.
3Departamento of Chemistry. University of Cambridge. Lensfield Road, CB2 1EW. Cambridge, U.K.
Se aborda la intercalación de un compuesto orgánico, 2-hidroxil etil trimetil amonio (Colina), entre las láminas de bronce azul de molibdeno. El sólido obtenido se caracteriza mediante análisis químico (AQ), difracción de rayos-X (XRD), análisis térmico (DTA y TG) y espectroscopia infrarroja (FT-IR). La utilización de un bronce sódico de molibdeno recién preparado facilita la incorporación de la molécula orgánica, dando lugar a la formación de una única fase laminar. El material híbrido muestra un alto ordenamiento laminar, estable a temperaturas inferiores a los 550 K, que se descompone por combustión del componente orgánico. Los resultado obtenidos indican que el bronce azul de molibdeno puede ser un buen candidato para la obtención de compuestos de intercalación.
Palabras clave:Bronce de Molibdeno, Híbrido orgánico-inorgánico, intercalación
Preparation of a new hybrid organic/inorganic material by cholina intercalation into molybdenum bronzes
Intercalation of a organic compound, 2-hydroxyl etil trimetil ammonium, in the layered host molybdenum bronzes was achieved. Full characterization of solids was performed using chemical analysis, X-ray diffaction, thermal analysis and IR spectroscopy. Using fresh sodium hydrated layered molybdenum bronce yields a monofasic layered solid. The hybrid organic-inorganic compound exhibs a high lamellar order, which is stable at temperatura below 550 K, then collapsing by combustion of organic component. All features show that blue molybdenum bronzes will be a good host for intercalation.
Key words:
Molybdenum bronze, hybrid organic-inorganic, intercalation
429-433
A.K. CUENTAS-GALLEGOS, R. VIJAYARAGHAVAN, M. LIRA-CANTÚ, N. CASAÑ-PASTOR, P. GÓMEZ-ROMERO*
Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC).
El fosfato de vanadilo es bien conocido como una fase inorgánica laminar capaz de intercalar una gran variedad de moléculas orgánicas. Mediante la polimerización in-situ, de anilina o pirrol, en la fase inorgánica es posible preparar materiales híbridos orgánico-inorgánicos en los que el polímero queda intercalado. Se describe la síntesis y caracterización de este tipo de híbridos y algunos resultados preliminares de su aplicación como materiales activos de cátodo en celdas reversibles de litio.
Palabras clave:Materiales híbridos, baterías de litio, polímeros conductores, fosfato de vanadilo, polianilina, polipirrol, electrodos de inserción de litio.
Hybrid Materials Based on Vanadyl Phosphate and Conducting Polymers as Cathodes in Rechargeable Lithium Batteries.
Vanadyl phosphate is a well known layered inorganic phase, capable of intercalating a great variety of organic molecules. By means of an in-situ polymerisation of aniline or pyrrole between the layers of the inorganic phase, it is possible to obtain organic-inorganic hybrids. We describe the synthesis and characterization of these type of hybrids, and some preliminary results of their application as active cathodic materials for positive electrodes in reversible lithium cells.
Key words:
Hybrid materials, lithium batteries, conducting polymers, vanadil phosphate, polyaniline, polypyrrole, lithium insertion electrodes.
434-437
A. Forn1, Mª T. Baile1, E. Rupérez1, E. Martín, A. Rapoport2
1 Dep. de Ciència de Materials i Enginyeria Metal·lúrgica, EUPVG, Universitat Politècnica de Catalunya, 08800 Vilanova i la Geltrú, España.
2 AEROSPATIALE MATRA, Centre Commun de Recherche, Suresnes, France.
Se estudian las propiedades de las aleaciones de aluminio 6061/(20%Al2O3)p obtenidas por colada y conformadas posteriormente por extrusión y forja. Estos materiales son sometidos a tratamientos térmicos de envejecimiento (T6) para estudiar su efecto en las propiedades mecánicas. En este trabajo se comparan las características de la matriz con las del material reforzado en las distintas etapas de producción utilizando técnicas de microscopía óptica y electrónica, EDS y ensayos de tracción, fatiga y ultramicroindentación.
Los ensayos mecánicos indican que el material compuesto extruido presenta valores de resistencia mecánica más bajos que la aleación 6061 tratada en las mismas condiciones y ello se relaciona con la presencia de espinela en la interfase alúmina-matriz.
Se establecen los mecanismos de fractura por tensiones estáticas y dinámicas en los distintos casos, estudiando las posibles interacciones matriz-refuerzo y su influencia en el comportamiento mecánico de la aleación.
Palabras clave:Aluminio, propiedades mecánicas, materiales compuestos, fractura.
A6061/(Al2O3)p fracture behaviour
The properties of the cast aluminium alloys 6061/(20%Al2O3)p are studied. This material is obtained by Duralcan procedure after being submitted to an extrusion and forging process. These materials are submitted to T6 heat treatments in order to study their effect on mechanical properties. In this work the matrix characteristics are compared with the reinforced material in different production stages, using an optical and electronic microscopy, EDS, tensile, fatigue and ultramicrohardness tests. The mechanical properties indicate that the extruded reinforced material presents ultimate tensile strength values lower than the alloy 6061 under the same conditions, and this is related to the presence of spinel in the interface matrix-reinforcement. The fracture mechanisms are established by static and dynamic tensions in different cases, studying the possible interactions matrix-reinforcement and their repercussion in the mechanical behaviour of the alloy.
Key words:
Aluminium, mechanical properties, composites, fracture.
438-440
D. REVUELTA1, A. RECUERO1
1 Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja (C.S.I.C.). c/ Serrano Galvache s/n, 28033 – Madrid.
La rotura a fatiga en materiales compuestos con refuerzo de fibra continua es debida en primera instancia a la aparición de grietas en la matriz que se propagan en la dirección paralela a la fibra. Es de esperar que la orientación definida de estas grietas produzca una degradación anisótropa de las propiedades elásticas de la lámina. Este trabajo caracteriza la degradación que experimenta el módulo elástico en la dirección perpendicular a la fibra de un material compuesto grafito-epoxi sometido a cargas de fatiga, hallándose que el módulo elástico sufre cambios drásticos a partir de un determinado umbral de daño, y decayendo a partir de ese punto según una ley cuadrática.
Palabras clave:fibra de carbono, daño, fatiga
Degradation of the transverse and shear elastic modulii of continuous carbon fibre composite materials under fatigue
Fatigue failure in continuous fiber composite materials is caused in first place by matrix cracks that propagate along the fiber direction. It is expected that the defined crack orientation produced an anisotropic degradation of the laminate elastic properties. This work characterizes the degradation suffered by the transverse elastic modulus of a graphite-epoxy laminate subjected to fatigue loads, concluding that the elastic modulus changes drastically from a determined damage threshold, decaying according to a quadratic law.
Key words:
carbon fibre, damage, fatigue
441-444
J. M. AMADO, C. ÁLVAREZ, G. NICOLÁS, A. J. LÓPEZ, J. A. PÉREZ, A. RAMIL, E. SAAVEDRA, J. SANESTEBAN, M. J. TOBAR, A. YÁÑEZ
Departamento de Ingeniería Industrial II. Universidad de La Coruña. Ferrol.
Este artículo describe un estudio teórico y experimental del proceso de refusión, por láser de CO2, de recubrimientos depositados por plasma. Se trata de lograr mediante el proceso de refusión una buena unión metalúrgica entre recubrimiento y sustrato, entre las diferentes partículas que componen el recubrimiento y de este modo evitar que el recubrimiento sea frágil y tenga una baja adherencia con el sustrato. En una primera aproximación la modelización sirvió de ayuda para lograr los parámetros adecuados que permitiesen fundir toda la capa proyectada junto con una mínima porción del sustrato para minimizar el grado de dilución. La modelización presentada incluye algunos aspectos que ayudan a describir el cambio de fase asociado a la refusión, estos son la utilización de las propiedades termofísicas adecuadas y la variación del coeficiente de absorción en el paso de la fase sólida a la fundida. Los resultados de la monitorización refuerzan el conocimiento del proceso y ayudan a la validación del modelo. Los resultados consisten en la predicción, con bastante precisión, de la forma y tamaño de las regiones fundidas para diferentes condiciones del proceso, lo que permite realizar el estudio paramétrico con la ayuda del computador, minimizando pruebas experimentales.
Palabras clave: Refusión por láser, Modelo de elementos finitos, Transmisión de Calor, Monitorización en Tiempo Real.
Modelling and monitoring of laser refusion processes of coatings obtained by plasma
This paper shows a theoretical and experimental study of the CO2 laser remelting of plasma sprayed coatings. The aim of the process is the decrease of the porosity to improve the layer properties. In a first approach simulation helps in finding the right process parameters, those parameters allow the melting of the sprayed layer and a minimal amount of substrate material to minimize dilution. The presented modelling includes several features allowing the description of phase transition in the remelting process, the main point is the use of different absorption coefficient in the two phases. Monitoring results gave additional information about the process and another way of doing process validation. The main result are is the prediction size and shape of the remelted layers and due to that the simulation code can be used in the parameter finding and plays an important role in the complete understanding of the process.
Key words:
Laser remelting, Finite Element Modelling, Heat Transfer, On-line Monitoring
445-447
J. MENDIOLA, R. JIMENEZ, P. RAMOS1 C. ALEMANY, M.L. CALZADA, E. MAURER
Into. de Ciencia de Materiales de Madrid, CSIC, Cantoblanco 28049, Madrid, Spain.
1Dpto de Electrónica, Universidad de Alcalá, Alcalá de Henares, E-28871 Madrid, Spain
Se han preparado láminas delgadas de titanato de plomo modificado con calcio, Pb1-xCaxTiO3, (PTCa) con x>35%, depositadas sobre substratos de Pt/TiO2/SiO2/(100)Si y Pt/(100)MgO, empleando la técnica de sol-gel y un horno rápido de procesado (RTP). Se intenta obtener propiedades cercanas al material cerámico masivo, como son la bajada de la temperatura de la transición ferro-paraeléctrica y el aumento de la permitividad, ε´ a temperatura ambiente. Así, se consiguen láminas de contenido de Ca próximas al 40% y 50% con valores altos de permitividad, poco dependientes de la temperatura, que presentan un alto carácter difuso en la transición para temperaturas próxima a ambiente y un comportamiento de la capacidad con el voltaje, C-V,que las hacen de interés en la fabricación de DRAM y dispositivos para alta frecuencia.
Palabras clave:Ferroelectric films, DRAM, Varactors.
Dielectric properties of (Pb,Ca)TiO3 thin films with high Ca content
Lead titanate thin films modified with calcium, Pb1-xCaxTiO3, with x>35%, have been deposited onto Pt/TiO2/SiO2/(100)Si y Pt/(100)MgO substrates, by the sol-gel method and a rapid thermal processing (RTP). Properties similar to the counterpart bulk ceramics are planned, such as the decrease of the phase transition temperature and the increase of permittivity at room temperature. Films with Ca content close to 40 % and 50% exhibit at room temperature, high enough permittivity with reduced temperature dependence and a C-V behaviour that make them of interest for DRAM and high frequency devices.
Key words:
Ferroelectric films, DRAM, Varactors.
448-451
G. GARCIA1, J. CARO1, J. SANTISO1, J. Á. PARDO1, A. FIGUERAS1,2, A. ABRUTIS2
1Laboratorio de crecimiento cristalino, ICMAB/CSIC, Campus UAB, 08193 Bellaterra, España
2Instituto de Fisica, Campus UNAM, Juriquilla- CP 76230, Queretaro, Mexico
3Dep. de química general e inorgánica, Universidad de Vilnius, LT-2006 Vilnius, Lituania
En este trabajo se presentan los resultados preliminares sobre películas delgadas de YSZ obtenidas mediante la nueva técnica de MOCVD de inyección pulsada para su aplicación como electrolitos sólidos. La originalidad de esta técnica consiste en la preparación e introducción de la fase vapor que se realiza mediante la inyección pulsada de micro-gotas de la solución líquida, que contiene los precursores de los elementos a depositar, dentro de la zona de reacción. Las características de la gota: tamaño, concentración de la solución y frecuencia de inyección determinan el espesor y la micro-estructura de las capas obtenidas. Este método, además de muy reproducible, permite obtener fácilmente estructuras multicapas con bajos ritmos de crecimiento para epitaxias o con altos ritmos de crecimiento para la obtención de heteroestructuras.
Se ha puesto a punto esta técnica para la obtención de capas densas de YSZ (circona estabilizada con itria), material comúnmente utilizado como electrolito sólido de alta temperatura en sondas de oxígeno, generadores de oxígeno y SOFC (pilas de combustible de estado sólido). Se pretende obtener dichos dispositivos en forma de multicapas del tipo ánodo/electrolito/cátodo. Para ello, se han depositado capas de YSZ sobre silicio para optimizar los parámetros de depósito pero también sobre sustratos porosos activos que puedan actuar como electrodo en los dispositivos anteriormente descritos.
Palabras clave:MOCVD, YSZ, circona estabilizada con itria, capa delgada, conductores iónicos
Thin film growth of ionic conducting membranes by PIMOCVD.
In this work, we describe the preparation of YSZ layers on porous and non-porous substrates using the Pulsed Injection MOCVD technique for solid electrolyte applications. In this technique, the vapour phase is obtained by injecting micro-droplets of the desired solution delivered from a container kept at room temperature into a heated evaporator connected to a deposition chamber. The droplet characteristics, volume, precursor concentration and injection frequency will control and determine the thickness and the microstructure of the layers. The system offers a high degree of repeatability of the liquid volume injected and thus a high reproducibility of the layers from low to high growth rates.
This process has been optimised in order to obtain dense YSZ membranes to be used as solid electrolytes in SOFC, oxygen generators and oxygen sensors. Future work will consist in the preparation of anode-electrolyte-cathode multilayered devices. For this purpose, experimental parameters have been studied and optimised in order to obtain thin YSZ membranes on dense and porous substrates.
Key words:
MOCVD, YSZ, Yttria stabilised Zirconia, thin film, ionic conductor
452-454
P. MARTIN, A. MOROÑO, E.R. HODGSON
Materiales para Fusión, Asociación Euratom/CIEMAT, 28040 Madrid
La absorción óptica inducida por radiación así como la emisión de luz (radioluminiscencia) imponen severas limitaciones en el uso de materiales ópticos dentro de un campo de radiación. Para un tipo de sílice de alta pureza, cuarzo KU1, se ha estudiado el efecto de la radiación (gamma 60Co y electrones de 1.8 Mev), en la transmisión óptica. Se ha visto que este material mantiene sus propiedades de transmisión óptica, entre 400 y 2600 nm, en altos niveles de radiación tanto puramente ionizante como con desplazamientos, durante largos periodos de tiempo. También se ha estudiado la radioluminiscencia producida con electrones y el efecto de la radiación en el daño producido por láser en este material.
Palabras clave: Absorción óptica, radioluminiscencia, daño por radiación, daño producido por láser
Highly radiation resistant KU1 quartz glass
Radiation induced optical absorption and radioluminescence impose important limitations on the use of any optical materials under ionizing radiation. Optical transmission of a type of high purity silica glass, KU1 quartz glass, has been studied under radiation (gamma 60Co and 1.8 Mev electrons). The results show that this material maintain their transmission properties, from 400 to 2600 nm under high levels of ionizing radiation and with atomic displacements, during long time. Also radioluminescence produced by electrons and radiation effect on laser damage in this material have been studied
Key words:
Optical absorption , radioluminescence, radiation damage, laser damage
455-456
A. Morales1, M.C. Bautista1, D. Cáceres2
1CIEMAT, Departamento de Energías Renovables
2Departamento de Física. Escuela Politécnica Superior. Universidad Carlos III
Hasta el momento no se ha preparado ningún recubrimiento antirreflectante de sílice sobre vidrio con elevadas prestaciones ópticas y buenas propiedades mecánicas que permitan la limpieza de la cubierta del colector con agua a presión sin dañar la película antirreflectante. En este trabajo se muestra un recubrimientos poroso de sílice, preparado mediante la técnica sol-gel, siguiendo la ruta polimérica con el uso de un aditivo promotor de la porosidad.
La transmitancia solar del vidrio aumenta de 0,915 a 0,970 cuando es recubierto por ambas caras con el recubrimiento antirreflectante, lo que permite un aumento considerable del rendimiento en colectores solares. Las propiedades mecánicas del recubrimiento son buenas, permitiendo la limpieza de la cubierta del colector sin daños en la película antirreflectante.
Palabras clave:sol-gel, sílice, recubrimiento antirreflectante, propiedades ópticas
Anti-reflecting silica coatings on glass produced by sol-gel.
Up to now antireflective silica thin films deposited on glass have not enough strength and poor adhesion to the substrate that do not allow glass cover cleaning. Polymeric route has been used to obtain silica antireflective films on glass with the addition of an additive that introduces a certain degree of porosity in the silica films. Porous silica layers, obtained from the polymeric route, permit a considerable reduction of these light reflections compared with uncoated glasses in all the studied cases.
Solar transmittance is increased from 0.915 for the bare slide up to 0.970 for the silica thickness optimised coated sample.
Key words:
ol-gel, silica thin films, antireflective coatings, optical properties
457-460
A. BELÉNDEZ1, M. ORTUÑO2, S. GALLEGO2, T. BELÉNDEZ1, C. NEIPP1, I. PASCUAL2
1Departamento de Física, Ingeniería de Sistemas y Teoría de la Señal Universidad de Alicante. E03080 Alicante.
2Departamento Interuniversitario de Óptica Universidad de Alicante. E03080 Alicante.
Se presenta una técnica experimental para determinar el índice de refracción, el coeficiente de absorción y el espesor de materiales de registro holográfico. Los materiales están depositados como capas finas sobre una lámina planoparalela de vidrio. Se determina experimentalmente la reflectancia en función del ángulo de incidencia para luz polarizada linealmente paralela al plano de incidencia, de modo que los valores del índice de refracción, el coeficiente de absorción y el espesor se obtienen ajustando la ecuación de la reflectancia teórica a los datos experimentales. Como ejemplos se han analizado emulsiones fotográficas y fotopolímeros, obteniéndose un buen ajuste entre la función teórica y los datos experimentales.
Palabras clave:Materiales de registro holográfico, Capas delgadas, Constantes ópticas.
Determination of the optical constants and thickness of holographic materials
A technique to evaluate the refractive index, the absorption coefficient and the thickness of holographic recording materials is presented. The materials are in the form of a thin layer of film deposited on a thick glass plate. The experimental reflectances of p-polarized light are measured as a function of the incident angle, and the values of refractive index, thickness and absorption coefficient of the layer are obtained using the theoretical equation for reflectance. As examples, holographic silver halide emulsions and photopolymers are analyzed. The agreement between the calculated reflectances, using the thickness and refractive index obtained, and the measured reflectances is satisfactory.
Key words:
Holographic recording materials, Capas delgadas, Constantes ópticas.
461-466
J.M. GONZÁLEZ-LEAL1, M. STUCHLIK1, C. MORANT3, J.M. SANZ3, E. MÁRQUEZ2
1Department of Chemistry, University of Cambridge, Lensfield Road, CB2 1EW, Cambridge, UK.
2Departamento de Física de la Materia Condensada, Facultad de Ciencias, Universidad de Cádiz, 11.510 – Puerto Real (Cádiz).
3Departamento de Física Aplicada C-XII, Universidad Autónoma de Madrid, 28.049 – Cantoblanco (Madrid).
Se ha desarrollado un nuevo método para la caracterización geométrica y óptica de láminas dieléctricas isótropas con espesor variable, depositadas sobre un substrato transparente. Este método está basado en el uso de las dos envolventes de los espectros de reflexión, obtenidos en incidencia normal, y permite determinar el espesor medio y el índice de refracción de estas láminas, con precisiones mejores que el 1 %. La formulación contempla la posibilidad de ser aplicable, no sólo en el caso de láminas cuyo espesor varíe linealmente a lo largo del área cubierta por el haz luminoso de medida, sino en aquellas que presenten un rugosidad significativa en su superficie y, en tal caso, permite determinar la amplitud de la rugosidad promedio. Así, se han preparado láminas delgadas amorfas de composición química As40S60 mediante el centrifugado de una disolución de este compuesto calcogenuro en n-propilamina. La rugosidad superficial de estas láminas se ha puesto de manifiesto a partir de las medidas de la reflectancia total (especular + difusa), haciendo uso de una esfera integradora, así como a través de medidas mecánicas de espesores, usando un perfilómetro. Esta última técnica proporcionó un valor para la amplitud media de la rugosidad de 20 ± 4 nm. El acuerdo entre este valor y el calculado mediante el presente método de caracterización óptica,
17.4 ± 0.4 nm, es excelente.
Palabras clave:Láminas delgadas, constantes ópticas, rugosidad superficia
New method for the geometrical and optical characterization of dielectric thin films with surface roughness
A new method for the geometrical and optical characterization of non-uniform thin isotropic dielectric films deposited onto a transparent substrate, has been developed. The algorithm is based on using the two envelopes of the optical reflection spectrum taken at normal incidence. The method allows determining the average thickness and the refractive index of the films with accuracies better than 1 %. The formulation is not only valid in the case of wedge-shaped thin films, but also for films showing a significant surface roughness. In the latter, the amplitude of the surface roughness can be estimated. Amorphous As40S60 thin films have been deposited by spin coating onto glass substrates, from a solution of the bulk material in n-propylamine. Indications of the surface roughness in these films were found from total reflectance measurements (specular + diffuse), by using a integrating sphere, and also from mechanical measurements, by using a profilometer. The latter technique provided a value for the average surface roughness of 20 ± 4 nm, which is in excellent agreement with that optically determined value of 17.4 ± 0.4 nm.
Key words:
Thin films, optical constants, surface roughness.
467-469
P. ACEBAL, S. BLAYA, L. CARRETERO
Dept. de Ciencia y Tecnología de Materiales (Div. Óptica). Universidad Miguel Hernández
Mediante métodos de cálculo ab initio se han estudiado las propiedades ópticas no lineales de segundo orden de tres colorantes (azul de metileno, tionina y coumarina 7), y se han comparado con los obtenidos para tres cromóforos donador-aceptor (disperse red 1, DMNPAA y PNA). Posteriormente se ha utilizado el modelo de los dos niveles para estimar la dependencia con la frecuencia del efecto electroóptico microscópico. Los resultados muestran que los colorantes estudiados tienen valores de esta propiedad del mismo orden o superiores que los cromóforos clásicos en longitudes de onda del infrarrojo cercano, por lo tanto puede estudiarse su aplicación en dispositivos fotónicos y materiales fotorrefractivos.
Palabras clave:materiales fotorrefractivos, óptica no lineal, ab initio, colorantes.
Study of organic chromophores with non linear optical properties.
Second-order nonlinear optical properties of three dyes (methylene blue, thionine and coumarin 7) were evaluated using ab initio quantum mechanical methods and compared with those of a standard push-pull chromophores (disperse red 1, DMNPAA and PNA). The two level model was used to obtain the frequency dependency of the microscopic electrooptic effect, and the results show that the obtained values for the dyes are higher than the standard chromophores at wavelengths of the near infrared. Therefore, these dyes may be applied in photonic devices and photorefractive materials.
Key words:
fotorefractive materials, non linear optics, ab initio, dyes.
470-472
C. GUILLÉN, J. HERRERO
Departamento de Energías Renovables (CIEMAT). Avda. Complutense 22, Madrid-28040.
La optimización de las características estructurales y morfológicas del sistema formado por películas de molibdeno y seleniuro de cobre e indio depositadas sobre sustratos de vidrio (vidrio/Mo/CuInSe2) resulta esencial para su aplicación en la formación de células solares de lámina delgada eficientes. Para el desarrollo de este tipo de sistemas se han utilizado sustratos de vidrio sodocálcico, sobre los que se han preparado láminas delgadas de Mo mediante evaporación a ritmos de crecimiento de entre 4 y 13 Å/s, y a continuación películas de CuInSe2 mediante electrodepósito directo a una velocidad constante de 12 Å/s. El análisis estructural y morfológico de las muestras preparadas indica que la rugosidad superficial de la película de CuInSe2 se minimiza, y su tamaño de grano se maximiza, cuando el electrodepósito se realiza sobre láminas delgadas de Mo evaporadas a velocidades superiores a 8 Å/s.
Palabras clave:láminas delgadas, evaporación, electrodepósito, estructura, morfología.
Structure of Mo/CuInSe2 bilayers for thin film solar cells
The optimization of the structural and morphological characteristics of the system constituted by molibdenum and copper indium diselenide layers deposited onto glass substrates (glass/Mo/CuInSe2) is essential for its application in efficient thin film solar cells. For developing such kind of systems, soda-lime glass substrates have been used to prepare Mo thin films by evaporation at deposition rates between 4 and 13 Å/s, and subsequently CuInSe2 layers by direct electrodeposition at 12 Å/s constant rate. The structural and morphological analysis of the samples indicated that the surface roughness of the CuInSe2 layer is minimized, and its grain size is maximized, when electrodeposition process takes place onto Mo thin films evaporated at rates higher than 8 Å/s.
Key words:
Thin films, evaporation, electrodeposition, structure, morphology
473-476
A.TALLAIRE1, F.J. OLIVEIRA1, A.J.S. FERNANDES2, F.M. COSTA2, M. BELMONTE1, R.F. SILVA1
1Departamento de Engenharia Cerâmica e do Vidro, CICECO,Universidade de Aveiro, 3810-193 Aveiro, Portugal
2Departamento de Física, Universidade de Aveiro, 3810-193 Aveiro, Portugal
Se han depositado películas de diamante CVD sobre substratos de nitruro de silicio empleando un reactor experimental de filamento caliente y un reactor comercial que utiliza un plasma generado por microondas. La importancia del Si3N4 como substrato reside en que favorece una buena adhesión con el diamante para ser utilizado en aplicaciones de desgaste. Los recubrimientos obtenidos han sido caracterizados mediante espectroscopía µ-Raman, difracción de Rayos-X, microscopía electrónica de barrido y microscopía de fuerza atómica. El grado de adhesión entre la película y el substrato ha sido determinado realizando una serie de indentaciones con una punta Brale a diferentes cargas. Las películas depositadas mediante filamento caliente son similares, en términos de calidad del diamante y morfología, a las conseguidas con plasma inducido por microondas, aunque presentan problemas de uniformidad. Se han utilizado también substratos con geometría esférica para comparar los recubrimientos obtenidos por ambas técnicas.
Palabras clave:diamante, nitruro de silicio, HFCVD, MPCVD
Diamond coating on Si3N4 by hot filament and microwave plasma assisted CVD
Silicon nitride substrates have been diamond coated by hot-filament (home made) and microwave plasma (commercial) CVD reactors. The importance of Si3N4 as substrate relies on its favoured adhesion to the diamond film, as required in wear applications. Diamond coatings have been characterized by µ-Raman spectroscopy, X-ray diffraction, scanning electron microscopy and atomic force microscopy. The diamond film/substrate adhesion has been evaluated by performing Brale indentations at different loads. The diamond films grown by hot filament matched those grown by microwave plasma in terms of morphology and diamond quality, only loosing in uniformity. Spherical substrates have also been used to compare the films coated by both techniques.
Key words:
diamond, silicon nitride, HFCVD, MPCVD
477-479
A. DÍAZ-PARRALEJO1, F. GUIBERTEAU1, R. CARUSO
1Departamento de Electrónica e Ingeniería Electromecánica. Escuela de Ingenierías Industriales. Universidad de Extremadura. 06071 Badajoz, España
Investigador invitado del Instituto de Física Rosario (CONICET-UNR). 2000 Rosario (Argentina)
El este trabajo se investigan los mecanismos de densificación de películas delgadas de zirconia obtenidas por vía sol-gel y depositadas mediante la técnica dip-coating. Nuestro interés se centra en la determinación del espesor y porosidad de películas tratadas a temperaturas en el rango 100-1100 ºC. Para ello, se ha utilizado exclusivamente la técnica de espectrofotometría. Los resultados de este trabajo tienen interés para el diseño controlado de recubrimientos sol-gel de ZrO2.
Palabras clave:Recubrimientos, sol-gel, inmersión, ZrO2, espesor, porosidad.
Influence of the heat-treatment on thickness and porosity of thin-films obtained by sol-gel route
The present work is aimed to investigate the thermal densification mechanisms of sol-gel zirconia thin films deposited by dip coating, with particular emphasis on thickness and porosity evolution at different firing treatments (100-1100ºC). For this purpose, we have only used data from transmission spectrum. Implications for controlled design of sol-gel zirconia films will be considered.
Key words:
Thin films, zirconia, sol-gel, dip-coating, thickness, porosity.
480-482
M. Á. DÍAZ-DÍEZ , A, MACÍAS-GARCÍA, G. SILVERO1, R,GORDILLO1 Y R. CARUSO2
Dep. de Electrónica e Ingeniería Electromecánica. Escuela de Ingenierías Industriales. Universidad de Extremadura. 06071 Badajoz, Spain
1 Departamento de Química Orgánica, Facultad de Ciencias. Universidad de Extremadura. 06071 Badajoz, Spain
2 Laboratorio de Materiales Cerámicos, Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura, Universidad Nacional de Rosario, (IFIR-CONICET), (2000) Rosario, Argentina. Member, CONICET, Argentina.
Este trabajo recoge un estudio dirigido al diseño de la geometría molecular de geles de ZrO2 empleando cálculos teóricos (Density-Functional Theory). En él se estudian las propiedades electrónicas y espectroscópicas (frecuencias de vibración y espectros de RMN de 1H y 13C) de los complejos de zirconio [Zr(OH)6]2- y [Zr(OH)5(OCH2CH2CH3)]2-.
Palabras clave:ZrO2, Sol-Gel, estructura molecular, estudio computacional, DFT.
Determination of gels molecular structure by computational calculations
This work constitutes a study guided to the design of the molecular geometry of ZrO2 gels aided by computer-based calculations (Density-Functional Theory). The electronic and spectroscopic properties (molecular vibrational frequencies, and 1H and 13C NMR spectra) of two zirconium complexes, [Zr(OH)6]2- and [Zr(OH)5(OCH2CH2CH3)]2-, are explored.
Key words:
ZrO2, Sol-Gel, molecular structure, computational study, DFT.
483-487
J.M. GUILEMANY, J. NIN, C. LORENZANA, J. M. MIGUEL, J.R. MIGUEL
CPT, Centro de Proyección Térmica. Ingeniería de Materiales. Dept. Enginyeria Química i Metal·lúrgia. Universitat de Barcelona. 08028. Barcelona.
El trabajo consta de un completo estudio tribológico del sistema WX que consiste en la mezcla mecánica de WC-12Co y NiCrBSi en diferentes proporciones: 20% NiCrBSi (W2), 40% NiCrBSi (W4) y 60% NiCrBSi (W6). Los recubrimientos se han obtenido por proyección térmica de alta velocidad (HVOF). Para todos los sistemas, el coeficiente de fricción es menor que 0.5 y la energía intercambiada entre el par friccionante y el recubrimiento es inferior a 10 KJ. Para cuantificar el desgaste por fricción se han utilizado la profundidad de la huella y el volumen perdido durante el ensayo, obtenidos mediante Interferometría de Barrido de Luz Blanca (SLWI) y SEM. La profundidad de la huella sigue una evolución directamente proporcional al contenido en NiCrBSi. Un mayor contenido en WC-12Co aumenta la resistencia al desgaste por fricción y disminuye la velocidad de desgaste por abrasión (ensayo Rubber Wheel). En los recubrimientos obtenidos, no se observa difusión entre las fases, la adherencia con el sustrato es excelente, la porosidad menor al 2% y se produce un incremento de la dureza del recubrimiento debido al endurecimiento por trabajo de la matriz causada por impacto.
Palabras clave:Proyección térmica HVOF, WC-12Co, NiCrBSi, resistencia al desgaste, conformado.
Tribology of Cermet/NiCrBSi coatings sprayed by HVOF.
This work consists on a deep tribological study of the WX system composed by a mechanical blend in different compositions of NiCrBSi and WC-12Co powders: 20% NiCrBSi (W2), 40% NiCrBSi (W4) y 60% NiCrBSi (W6). The coatings have been obtained by high velocity oxy-fuel process (HVOF). The measurements made by Ball-On-Disk test are: the friction coefficient is lower than 0.5 and the exchanged energy between the counterparts is under 10 KJ. To quantify the friction wear rate, the volume loss and the track depth, Scanning White Light Interferometry and SEM have been used. The track depth is proportional to the amount of NiCrBSi. A higher percentage of WC-12Co increases the friction wear resistance and decreases the abrasion wear rate (Rubber Wheel test). In all the coatings studied, no diffusion processes are found between the mixed phases, the adhesion between the coatings and the substrate is excellent, the porosity level is below 2% and an increase of microhardness of the coating due to a strengthening of the matrix produced by impacts of solid particles, takes place.
Key words:
Thermal Spray HVOF, WC-12Co, NiCrBSi, wear resistance, forming.
488-490
M.A. AUGER, O. SÁNCHEZ, J.M. ALBELLA
Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid – CSIC
28049 Cantoblanco – Madrid (Spain)
En este trabajo se han estudiado láminas de TiN crecidas sobre cuchillas de acero inoxidable empleadas en el corte de fibra de vidrio, para mejorar sus propiedades mecánicas y aumentar el tiempo de vida de la herramienta, reduciendo de este modo las paradas de producción. La técnica de depósito utilizada ha sido la de sputtering magnetrón reactivo. La composición química de las capas de TiN ha sido determinada mediante medidas de Espectroscopía Auger, RBS (Rutherford Backscattering Spectroscopy) y XANES (X-Ray Spectroscopy Near the Absorption Edge) y se ha relacionado con la composición de la mezcla gaseosa presente en la cámara de reacción. La estructura cristalina se ha determinado mediante Difracción de Rayos X, y mediante la técnica de SEM (Scanning Electron Microscopy) se ha observado la morfología de las capas. La dureza del recubrimiento se ha calculado a partir de medidas de nanoindentación, obteniéndose un valor de 21.54±1.04 GPa, típico en la literatura para el TiN. Los resultados de la prueba en fábrica de las cuchillas recubiertas muestran un aumento en su tiempo de vida de hasta un 67%.
Palabras clave:Sputtering magnetrón reactivo, TiN, propiedades mecánicas, dureza
TiN deposition on cutting tools for industrial use
TiN coatings on stainless steel blades for glass fibre cutting have been investigated in this work. The aim was to improve their mechanical properties and increase the tool time life, decreasing in this way the production stops. Reactive magnetron sputtering has been the deposition technique. TiN films chemical composition has been determined by AES (Auger Electron Spectroscopy), RBS (Rutherford Backscattering Spectroscopy) and XANES (X-Ray Spectroscopy Near the Absorption Edge), and it has been correlated to the gas mixture composition in the vacuum chamber. Crystalline structure has been determined by X-Ray Diffraction, and the films morphology has been observed by SEM (Scanning Electron Microscopy). The hardness coating has been extracted from nanoindentation measurements, giving a 21.54±1.04 GPa hardness value, typical for TiN in the literature. Factory proofs for coated cutting blades show a 67% lifetime increase.
Key words:
Reactive magnetron sputtering; TiN, mechanical properties, hardness
491-493
M. CAMERO*, R. GAGO+, C. GÓMEZ-ALEIXANDRE, J. M ALBELLA
Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC), 28049 Madrid (España).
+ Institute of Ion Beam Physics and Materials Research, Forschungzentrum Rossendorf , 01314 Dresden, Germany
Se ha estudiado el efecto del argon durante el proceso de CVD asistido por un plasma ECR para la síntesis de películas de nitruro de carbono (CNxHy) a partir de mezclas gaseosas Ar/CH4/N2 con diferente contenido de metano. Las películas depositadas han sido analizadas mediante espectroscopía infrarroja (IRS) y ERDA (Elastic Recoil Detection Analysis), y el análisis del plasma ha sido realizado utilizando la técnica de espectroscopía de emisión óptica (OES). La velocidad de deposición y la composición de las películas depositadas se encuentran determinadas por la concentración de argon en la mezcla gaseosa. Se propone un modelo, según el cual el argon juega un papel fundamental como activador de las moléculas de metano. El modelo propuesto incluye dos procesos simultáneos durante el crecimiento de las capas : i) formación de la capa y ii) ataque de la superficie de crecimiento. Según la composición de la mezcla gaseosa se favorece uno u otro proceso, lo que conduce a velocidades de deposición diferentes así como a depósitos con diferente composición y estructura atómica.
Palabras clave:Películas delgadas, Nitruro de carbono hidrogenado, argon, ECR-CVD,
Effect of argon on the deposition of ECR-CVD hydrogenated carbon nitride films
Carbon nitride films have been deposited by ECR-CVD, from Ar/CH4/N2 gas mixtures with different methane concentrations. Infrared Spectroscopy (IRS) and Elastic Recoil Detection Analysis (ERDA) have been used for films characterisation and Optical Emission Spectroscopy (OES) for plasma analysis. Argon concentration in the gas mixture controls the growth rate as well as the composition of the film. In the proposed model, argon plays a key role in the activation of methane molecules. Also, during the growth of the film, two processes may be considered: i) Film formation and ii) Etching of the growing surface. Changing the gas mixture composition affects both processes, which results in films with different composition and structure as well as different deposition rates.
Key words:
Thin films, hydrogenated carbon nitride, argon, ECR-CVD
494-496
R.J. Rodríguez, A. Medrano, M. Rico, B. Lerga, R. Martínez, R. Bueno, J. A. García
Centro de Ingeniería Avanzada de Superficies - AIN, 31191 Cordovilla-Pamplona, Spain
El presente trabajo recoge un estudio comparativo de las propiedades mecánicas y tribológicas (microdureza, fluencia, módulo elástico, coeficientes de fricción y desgaste), de multicapas TiN/AlTiN y TiN/CrN depositadas mediante técnicas industriales de PVD. Las capas, de espesores comprendidos entre 25nm y 100nm, se depositaron secuencialmente sobre substratos de WC, hasta obtener un espesor total de unas 2 micras. El estudio mecánico y tribológico comparativo incluyó ensayos de microdureza a cargas entre 10 mN y 750 mN, módulo elástico, comportamiento frente a fluencia y coeficientes de fricción y desgaste.
Palabras clave:PVD, multilayers, tribology, microhardness, wear, friction.
Study of mechanical and tribological properties of multilayered coatings with sub-micron spacing
This work gathers a comparative study of the mechanical and tribological behaviour (microhardness under load, Young modulus, elastic-plastic properties, friction and wear coefficients) of TiN/CrN and TiN/AlTiN multilayers deposited by conventional industrial PVD techniques. PVD multilayers with about between 50 nm individual layer thickness were deposited on flat samples of Co-cemented WC achieving a total thickness of about 2 microns. Mechanical and Tribological tests include microhardness under load at final loads between 10 mN aand 750 mN, Young modulus calculations and friction and wear tests.
Key words:
PVD, multilayers, tribology, microhardness, wear, friction.
497-500
T.OUTTAS1, S.MADANI1, L. ADAMI1, R.BONNET2
1 Département de Génie mécanique, Faculté des Sciences de l’ingénieur, Université de Batna- 05000 Batna, Algérie
2 INPG de Grenoble, Laboratoire de thermodynamique et physico-chimie métallurgiques CNRS – Domaine Universitaire, BP 75, 38402 France.
Las interacciones elásticas generadas por la presencia de una red biperiódica, de dislocaciones en la interfase de un bicristal han sido simuladas numéricamente, considerando elasticidad anisotropa para cada cristal. La representación de las tensiones próximas a las dislocaciones y del nodo triple de la celda hexagonal, permite detectar la zona de concentración de tensiones debido al campo elástico para el sistema InAS/(111) GaAS, ya que, en los semiconductores, éste es un sistema ideal que muestra la presencia de dislocaciones paralelas a las superficies libres por S.T.M.[1].
Palabras clave:
Interfacial stress field generate by a biperiodic hexagonal network of misfit dislocations in a thin bicristal InAs/(111)GaAs
The elastic interactions generated by the presence of a biperiodic network, more precisely hexagonal, of misfit dislocations in the interfacing of a thin bicristal have been simulated numerically while considering an anisotropic elasticity for each crystal. The representation of the normal equi-stress near the dislocation segments and near of the triple node of hexagonal cell permits to detect the stress concentration zone du to elastic field for InAs/(111)GaAs system, because, in the category of semiconductors, this is an ideal system which exhibit the presence of edge dislocations type parallels to the free surfaces by S.T.M.[1].
Key words:
Misfit dislocations, thin films, interfaces, anisotropic elasticity.
501-505
B.FERRARI1, J. L. RODRÍGUEZ2, E. ROJAS3, R. MORENO1
1Instituto de Cerámica y Vidrio, Campus de Cantoblanco de la UAM, 28049, Madrid, España
2CINVESTAV, Unidad Saltillo, 250000, Saltillo, Coahuila, Méjico.
3CIEMAT, Dpto. Energías Renovables, E-28040, Madrid, España
El desarrollo de las tecnologías de fabricación de recubrimientos presenta importantes limitaciones relativas a los espesores de las capas fabricadas y a la geometría de los substratos a recubrir. En este trabajo se proponen dos procesos de conformado coloidal de revestimientos cerámicos y metálicos en la cara interna de un tubo de acero. El revestimiento cerámico (CaCO3) se ha conformado por deposición electroforética (EPD). Para ello se han preparado suspensiones estables de CaCO3 en agua, y se ha diseñado una célula electroforética en la que el tubo es a la vez el contenedor y el electrodo de trabajo. El revestimiento metálico (níquel) se ha fabricado por vertido de una suspensión estable sobre el propio tubo de acero. Para ello se han acondicionado las suspensiones con el objetivo de mejorar el mojado y la adherencia sobre el acero. A partir de los procesos de EPD y vertido se han obtenido revestimientos cerámicos y metálicos, respectivamente, con espesores de 300-350 µm, homogéneos y fuertemente adheridos a la cara interna del tubo de acero.
Palabras clave:Procesamiento coloidal, deposición electroforética, recubrimientos, Carbonato cálcico, Níquel
Colloidal forming of coatings in the inner walls of a steel pipe
The development of new coating processes has important limitations related to the films thickness and the geometry of the coating substrates. In this work, two colloidal forming processes are proposed for manufacturing ceramic and metallic coatings on the inner surface of a steel pipe. Ceramic coatings of CaCO3 have been formed by electrophoretic deposition (EPD). Aqueous stable suspensions were prepared and a electrophoretic cell was designed, in which the steel tube to be coated acted simultaneously as container and working electrode. Nickel films were prepared by filling the pipe with the suspension and rotating to fully wet the steel surface. Nickel suspensions were formulated focusing an improved wettability and adherence to the steel surface by using binders. From these processes, ceramic and metallic coatings with 300-350 µm in thickness, homogeneous and strongly adhered to the inner surface of the steel pipe have been obtained.
Key words:
Colloidal processing, electrophoretic deposition, coatings, calcium carbonate, nickel
506-509
V.TORRES1, R.J.MARTÍN1, S.MANOTAS2, F.AGULLÓ2, J.M. MARTÍNEZ DUART 1
1Departamento de Física Aplicada C-12,Universidad Autónoma de Madrid,Cantoblanco,Madrid.
2Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid,Consejo Superior de Investigaciones Científicas,Cantoblanco,Madrid.
Las propiedades fotoluminiscentes y electroluminiscentes en el visible del silicio poroso hacen de éste un material muy interesante para el desarrollo de disposotivos optoelectrónicos. Para la obtención de dispositivos de calidad es necesario reducir la semianchura del espectro de luminiscencia del silicio poroso, típicamente de unos 100 nm, para conseguir una emisión monocromática. Esto puede conseguirse formando sobre la capa luminiscente una estructura multicapa, también de silicio poroso, que actúe a modo de filtro interferencial. Así se consigue estrechar el rango de emisión cuanto se desee, sencillamente diseñando el filtro de manera conveniente. En este artículo se estudian las propiedades ópticas de las capas de silicio poroso para el posterior diseño de estos filtros.
Palabras clave:silicio poroso, multicapa, filtro interferencial, dispositivos optoelectrónicos, propiedades ópticas
Development of interference filters for porous silicon based photoluminescent devices
Porous silicon’s photoluminescent and electroluminescent properties make it a very interesting material for the development of optoelectronic devices. To obtain high quality devices it is mandatory to narrowen the porous silicon luminescent spectrum, tipically about 100 nm wide. This can be obtained by forming a porous silicon multilayer structure on the luminescent layer that acts as an interference filter. Thus, the emission spectrum can be narrowed as much as wished by simply designing the filter in the appropriate way. In this article, the optical properties of porous silicon layers are studied for future filter design.
Key words:
porous silicon, multilayer, interference filter, optoelectronic devices, optical properties.
510-513
E. ROSSINYOL1, J. ARBIOL1, F. PEIRÓ1, A. CORNET1, J. R. MORANTE1, V. BRINZARI2, G. KOROTCENKOV2, V. GOLOVANOV3
1Enginyeria i Materials Electrònics, Departament d’Electrònica, Universitat de Barcelona, Barcelona, E-08028 (Spain).
2Technical University, Chisinau (Moldova).
3South-Ukrainian University, Odessa (Ukraine).
Las características nanoestructurales de las capas finas policristalinas de SnO2 determinan sus propiedades físicas y químicas como material sensor de gas. Se han analizado un conjunto de muestras (35nm - 300nm) crecidas por pirólisis en fase aerosol sobre substratos de vidrio, estudiando la influencia de la temperatura de pirólisis (375ºC - 530ºC) en la estructura cristalina de las capas. Estas muestras han sido caracterizadas mediante difracción de rayos X y microscopia electrónica de transmisión de alta resolución. Se han propuesto modelos atómicos de crecimiento, de estructura doble piramidal truncada y base rómbica, para las diferentes temperaturas de depósito.
Palabras clave:SnO2 capas finas, HRTEM, pirólisis en fase aerosol, estructura cristalina, sensor de gas semiconductor.
Evolution of the morphology and faceting of SnO2 nanostructures deposited by spray pyrolysis on glass substrate.
Nanostructural characteristics of polycrystalline SnO2 thin films determine their psychical and chemical properties as semiconductor gas sensor. Tin oxide thin films obtained by spray pyrolysis deposition on glass substrates have been studied (35nm - 300nm). We have studied the influence of the pyrolysis temperature (300ºC - 530ºC) on the crystallographic structure of the films. These samples have been characterised by X-ray diffraction, and high-resolution transmission electron microscopy. Some atomic models of growing have been proposed, with a double pyramidal structure and rhombic base.
Key words:
SnO2 thin films, HRTEM, spray pyrolysis, crystalline structure, and semiconductor gas sensor.
514-517
M. A. LÓPEZ MANCHADO1, M. ARROYO, B. HERRERO, R. VICENTE
Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros, C.S.I.C. 28006-Madrid (España)
Se han preparado y caracterizado nanocomposites de caucho natural reforzados con bentonita modificada orgánicamente con una sal de amonio. Se pretende evaluar la posibilidad de utilizar estas cargas claras como sustitutos del negro de carbono en las formulaciones de caucho natural. Las curvas de vulcanización muestran que tanto la bentonita organofilizada como el negro de carbono aceleran la reacción de vulcanización y además, dan lugar a un considerable incremento en el torque. No obstante, es interesante destacar que estos efectos son más marcados en el caso de la organobentonita. Por su parte, la caracterización mecánica muestra el fuerte efecto reforzante de ambas cargas, si bien este efecto es nuevamente más acusado en presencia de la organobentonita. Es importante señalar que las propiedades mecánicas del nanocomposite reforzado con 10 partes de organobentonita son similares a las del composite con 40 partes de negro de carbono.
Palabras clave:nanocomposites, organobentonita, negro de carbono, caucho natural
Organobentonite as substitute of carbon black in rubber compounds
Rubber compounds based on natural rubber reinforced with ammonium salt modified bentonite have been prepared and characterized. It pretends to evaluate the possibility of using these white fillers as substitute of carbon black in natural rubber compounds. Vulcametric curves show that the organoclay and carbon black accelerate the vulcanization reaction and, furthermore, give rise to a marked increase in the torque. However, it is of interest to point out that these effects are more marked in the case of the organoclay. In addition, the mechanical characterization show the strong reinforcing effect of both fillers, but this effect is newly more sensible when the organoclay is added to the NR. It is worthy to note that the mechanical properties of 10% organoclay-NR nanocomposite are comparable to the 40 phr carbon black filled compound.
Key words:
nanocomposites, organobentonite, carbon black, natural rubber
518-520
J.A. PICAS 1, A. FORN 1, L. AJDELSZTAJN 2, J. SCHOENUNG 2
1 Departamento de Ciencia de Materiales, Universitat Politècnica de Catalunya, Vilanova i la Geltrú, 08800, España. E
2 Department of Chemical Engineering and Materials Science, University of California, Irvine, CA 92697-2575, USA.
El objetivo del presente trabajo es el estudio de la morfología de los óxidos formados en la superficie de los recubrimientos convencionales y nanocristalinos de NiCrAlY, obtenidos mediante proyección térmica HVOF, al someter el material a 1000 ºC. El afino de grano obtenido en el recubrimiento nanocristalino de NiCrAlY parece ser el responsable de la variación de la morfología de los óxidos formados después del tratamiento a alta temperatura, lo cual sugiere que podrán presentar un mejor comportamiento frente a la oxidación en comparación con los recubrimientos convencionales.
Palabras clave:Proyección térmica HVOF; recubrimientos de NiCrAlY; oxidación; morfología.
Morphology of the superficial oxides in conventional and nanocrystalline NiCrAlY coatings exposed to elevated temperature
HVOF thermal spray process was used to produce conventional and nanostructured NiCrAlY coatings. The oxidation behaviour at 1000oC of both coatings has been studied. The morphology of the oxides suggests that the nanostructured coating exhibited improved oxidation behaviour compared to conventional counterparts.
Key words:
HVOF thermal spray; NiCrAlY coatings; oxidation ; morphology.
521-523
C. LORENZO-MARTÍN, D. GÓMEZ-GARCÍA, A. MUÑOZ-BERNABÉ, A. DOMÍNGUEZ-RODRÍGUEZ
Departamento de Física de la Materia Condensada, Universidad de Sevilla. Sevilla. España
Muestras de YTZP (policristales de óxido de circonio dopados con itria) con tamaños de grano nanométrico y diferentes cantidades de fase vítrea han sido sometidas a experiencias de fluencia en un rango de temperatura entre 1150ºC y 1200ºC, con objeto de estudiar el comportamiento mecánico de dichos materiales. Para conocer los mecanismos de deformación puestos en juego se ha realizado el estudio microestructural de las muestras deformadas y no deformadas mediante Microscopía Electrónica de Transmisión (MET). Se ha demostrado que la presencia de fase vítrea da lugar a un significativo descenso de la resistencia a la fluencia. No obstante, los parámetros característicos de la deformación (n y Q) no se ven alterados, obteniéndose como mecanismo de deformación el deslizamiento de las fronteras de grano.
Palabras clave:nanocerámicos, YTZP, fase vítrea.
High temperature creep of nanometric YTZP polycristals with different glassy phase contents
Nano-sized YTZP (Yttria Tetragonal Zirconia Polycrystals) samples with different amounts of a glassy phase have been crept in a range of temperature between 1150ºC-1200ºC. A macroscopic characterization of the mechanical behaviour as well as the microstructural analysis by Transmission electron Microscopy (TEM) of both the as-received and deformed samples have been carried out. The glassy phase accounts for a significant softening while the deformation parameters values (n, Q) are not altered with respect to those measured in non-doped specimens of the same material with the same average grain size.Grain boundary sliding has been proved to be the deformation mechanism.
Key words:
YTZP, glassy phase, nanoceramics.
524-526
M T MARTÍNEZ1, M A CALLEJAS1, A M BENITO1, M COCHET1, T SEEGER1, A. ANSÓN1,
J. SCHREIBER2, C GORDON2, C MARHIC2, O CHAUVET2, W.K. MASER1
1Instituto de Carboquímica (CSIC), 50018, Zaragoza, España
2Institut des Matériaux Jean Rouxel, 44322 Nantes Cedex 3, Francia
Se ha llevado a cabo una caracterización sistemática de nanotubos de carbono de capa única tras sucesivos pasos de purificación (tratamiento a reflujo con ácido nítrico, oxidación al aire y anelado). Durante el tratamiento a reflujo con ácido nítrico, la espectroscopía Raman reveló un desplazamiento de la distribución de diámetros de los nanotubos hacia tamaños menores, sin embargo, los procesos siguientes de oxidación y de anelado aumentaron el contenido de nanotubos de mayor diámetro. La morfología de los haces de nanotubos caracterizada por microscopía electrónica de transmisión ha mostrado un aumento del tamaño de los mismos. Los procesos de purificación aplicados han originado un material con nanotubos de carbono de capa única de alta calidad, con una importante reducción de especies no deseadas tales como carbono amorfo y nanopartículas metálicas.
Palabras clave:nanotubos, espectroscopía Raman, microscopía de transmisión electrónica, (nanotubes, Raman Spectroscopy, TEM)
Induced changes in single wall carbon nanotubes for purification treatments
A systematic characterisation of single wall carbon nanotubes (SWCNTs) material after successive purification steps, including reflux treatment with nitric acid, air-oxidation and annealing, has been performed. During the nitric acid reflux treatment, micro Raman spectroscopy further proves that the SWCNTs diameter distribution can be selectively tuned towards smaller tubes. On the other hand, the subsequent oxidation/annealing processes lead to samples preferentially containing larger tube diameter. These findings are further underlined by transmission electron microscopy. The applied purification process efficiently removes the undesired species of metal nanoparticles and amorphous carbon thus resulting in a high quality SWCNTs material.
Key words:
nanotubos, espectroscopía Raman, microscopía de transmisión electrónica, (nanotubes, Raman Spectroscopy, TEM)
527-531
J. BIAGIOTTI1, L. VALENTINI1, J. M. KENNY1, M. A. LÓPEZ MANCHADO2*, M. ARROYO2
1Materials Engineering Center, Università di Perugia, 05100-Terni – Italy
2Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros, 28006-Madrid – España
En el presente estudio se han preparado nanocomposites de elastómeros termoplásticos basados en mezclas de polipropileno (PP) y terpolímeros de etileno-propileno dieno (EPDM) reforzados con nanotubos de carbono. En concreto, se ha analizado el efecto de la incorporación de los nanotubos sobre las propiedades físicas y térmicas del material. Los resultados indican que los nanotubos actúan como nucleantes, acelerando notablemente la cristalización del PP en mezclas PP-EPDM. Es importante destacar que este efecto no es lineal con el porcentaje de nanotubos en el composite, observándose una saturación a altos contenidos de nanotubos. Se ha observado que la máxima nucleación se obtiene a concentraciones de 0.5% de nanotubos en el composite. El análisis mecanodinámico muestra resultados similares, observándose un aumento del módulo de almacenamiento a bajos contenidos de nanotubos, disminuyendo considerablemente a concentraciones de nanotubos superiores al 0.5%. Por su parte, la espectroscopía Raman y microscopía electrónica de barrido permitieron determinar que estos cambios en las propiedades se deben a cambios estructurales en el composite.
Palabras clave:nanotubos de carbono, TPOs, espectroscopía Raman
Synthesis and Characterization of Composites based on TPOs Reinforced with Carbon Nanotubes
Polymer composites based on thermoplastic elastomer and single-walled carbon nanotubes have been investigated. In particular, the effect of the incorporation of SWNTs on physical and thermal properties of the material are described. The results indicate that the SWNT act as nucleant agent, sensibly accelerating the PP crystallization in PP-EPDM blends. It is of interest to note that this effect is not linearly dependent on the SWNTs’ content, showing a saturation of the nucleant effect at high nanotube concentrations. The maximum nucleant effect was observed at low nanotubes concentration (0.5%). Similar results were obtained by dynamic mechanical analysis, with an increase of the storage modulus by incorporating of low nanotubes contents. However, a further increase in the SWNTs content dramatically decreases the storage modulus. Raman spectroscopy and scanning electron microscopy were successfully applied to demonstrate that changes in the properties of the composite films, can be explained in terms of the structural variations in the composite.
Key words:
Carbon nanotubes, TPOs, Raman spectroscopy
532-535
M. VÁZQUEZ, A.P. ZHUKOV, K.L. GARCÍA, K.R. PIROTA, R. VARGA,J.L. MARTÍNEZ
Instituto de Ciencia de Materiales, CSIC. 28049 Madrid
En este trabajo se resumen los más recientes resultados alcanzados relativos al comportamiento magnético de microhilos amorfos ricos en Fe cubiertos de capa aislante en función de la temperatura de medida (en el rango de 5 a 300 K). Estos microhilos, debido a su elevada magnetostricción, presentan comportamiento magnético biestable cuando su longitud supera un valor crítico determinado por la intensidad de la anisotropía magnética axial. Esta anisotropía depende en particular del espesor de la cubierta protectora de Pyrex, de modo que al reducir la temperatura se inducen fuertes tensiones mecánicas (hasta 400 MPa) como consecuencia de la diferencia de valor del coeficiente de expansión térmica con el núcleo metálico. Se comprueba asímismo que el modo de sujección del microhilo al portamuestras puede generar fuertes tensiones de compresión y dar lugar a la desaparición de comportamiento biestable.
Palabras clave:Microhilos Magnéticos Amorfos, Inversión de la Imanación, Dependencia con la Temperatura, Biestabilidad Magnética
Magnetization reversal process in bistable microwires and its temperature dependence
The temperature dependence of the magnetic behaviour of Fe-based glass-coated amorphous microwires with positive magnetostriction has been studied in the temperature range from 5 to 300 K. For long enough microwires, hysteresis loops are squared shaped in the whole temperature range denoting the existence of a large domain with axial easy axis. For short microwires, magnetic bistability is partially lost near room temperature but may be recovered at low temperature. This is interpreted considering the influence of the shape anisotropy: in short wires the demagnetizing field may become large enough to destroy the single domain structure. The influence of coating is also considered by studying microwires with different coating thickness. Transverse magnetoelastic anisotropy up to around 400 MPa can be induced at low temperature as a consequence of the difference in thermal expansion coefficients between metallic nucleus and insulating coat. Additional changes in the low-temperature loops have been identified to be a consequence of the way how the microwires are fixed to the sample´s holder. Under particular circumstances transverse anisotropy induced at low temperature may destroy the bistable behavior.
Key words:
Magnetic Amorphous Microwires, Magnetization Reversal, Temperature Dependence, Magnetic Bistability
536-539
L. LASCANO1, A. C. CABALLERO2, M. VILLEGAS2, C. MOURE2, J. F. FERNÁNDEZ2
1Departamento de Física, Escuela Politécnica Nacional, Quito - Ecuador
2Dpto. de Electrocerámica, Instituto de Cerámica y Vidrio (CSIC). 28049 Cantoblanco, Madrid
Se ha estudiado la conductividad eléctrica en corriente alterna (ca) de la serie de materiales cerámicos ferroeléctricos con estructura Aurivillius: PbxBi4Ti3+xO12+3x, donde x = 0,1,2 y 3. El estudio se realiza a partir de la medida de la impedancia sobre muestras texturadas y no texturadas. La conductividad eléctrica disminuye sucesiva y aproximadamente en un orden de magnitud con el incremento sucesivo de un mol de titanato de plomo en la estructura del titanato de bismuto. Se mantiene la anisotropía de la conductividad entre el plano ab y el eje c de la estructura cristalina. La respuesta parece estar relacionada tanto con la variación del número de vacantes de oxígeno presentes en la estructura cristalina de los materiales, como con la variación de la relación de esbeltez de las placas que componen la microestructura de las muestras. Se presentan también los valores de energía de activación del proceso de conducción eléctrica en diferentes rangos de temperatura, tanto en la fase ferroeléctrica como en la paraeléctrica.
Palabras clave:Aurivillius, conductividad eléctrica, ferroelectricidad, textura
Electric conductivity of Aurivillius ceramic materials of composition PbxBi4Ti3+xO12+3x, x=0,1,2 y 3.
The ac electric conductivity of both textured and non textured Aurivillius ferroelectric ceramics PbxBi4Ti3+xO12+3x, where x = 0,1,2 and 3, has been studied by impedance measurements. The electrical conductivity decreases approximately one order of magnitude with the incorporation of a mol of lead titanate into the bismuth titanate structure. The anisotropy of the conductivity is kept between the ab plane and the c axis. The response seems to be related to the number of oxygen vacancies present in the crystalline structure of the materials, as well as to the aspect ratio of the grains. The activation energy values of the electrical conduction process are presented for both the ferroelectric and paraelectric phases
Key words:
Aurivillius, electric conductivity, ferroelectricity, texture
540-543
M. ALGUERÓ, B. JIMÉNEZ, C. ALEMANY, L. PARDO
Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, CSIC. Cantoblanco 28049, Madrid. Spain
Se ha medido por espectroscopía de impedancias la dependencia con la temperatura hasta 350oC de la permitividad y las pérdidas dieléctricas, ε33T y tan δ, de cerámicas piezoeléctricas de 0.65Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.35PbTiO3 dopadas con Mn a frecuencias entre 1 y 100 kHz. Se ha medido por análisis mecánico dinámico en la configuración de flexión por tres puntos la dependencia con la temperatura en el mismo rango del módulo de Young y las pérdidas mecánicas de baja frecuencia de las cerámicas. Se han obtenido por un método automático iterativo los coeficientes del material ε33T, módulo elástico s11E y coeficiente piezoeléctrico d31 en forma compleja a partir de resonancias radiales piezoeléctricas a temperaturas entre ambiente y 90oC (antes de la despolarización). Todas las medidas reflejan la existencia de la transición de la fase ferroeléctrica con estructura romboédrica a la fase ferroeléctrica con estructura tetragonal, que se cree responsable de la alta respuesta electromecánica del sistema PMN-PT, y permiten describir algunas de sus caracterísiticas para las cerámicas concretas investigadas.
Palabras clave:Cerámicas Piezoeléctricas, Ferroeléctricos Relaxores, PMN-PT, Propiedades Mecánicas, Propiedades Electromecánicas
Temperature dependence of the electrical, mechanical and electromechanical properties of high sensitivity novel piezoceramics
The temperature dependence of the ε33T dielectric permittivity and losses of piezoelectric Mn doped 0.65Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.35PbTiO3 ceramics has been measured up to 350oC at frequencies between 1 and 100 kHz by impedance spectroscopy. The temperature dependence of the low frequency Young´s modulus and mechanical losses of the ceramics has been measured in the same temperature range by dynamic mechanical analysis in three points bending configuration. Complex ε33T, s11E compliance and d31 piezoelectric coefficients have been obtained from radial piezoelectric resonances at temperatures up to 90oC (before depolarisation) by an automatic iterative method. All the measurements reflect the occurrence of the ferroelectric rhombohedral to ferroelectric tetragonal phase transition, which is thougth to be responsible of the high electromechanical response of the PMN-PT system, and allow describing some of its characteristics for the investigated ceramics.
Key words:
Piezoelectric ceramics, Relaxor ferroelectrics, PMN-PT, Mechanical properties, Electromechanical Properties
544-546
N. ORDÁS1, J. ECHEBERRIA1, M. BALDEN2, S. LINDIG2, C. GARCÍA-ROSALES1
1Centro de Estudios e Investigaciones Técnicas de Gipuzkoa and Escuela Superior de Ingenieros, Universidad de Navarra.20009 San Sebastián, Spain
2Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, EURATOM Association, D-85748 Garching, Germany
Este trabajo muestra la posibilidad de desarrollar materiales grafíticos isótropos dopados para su implantación en las zonas de mayor flujo térmico de la primera pared de futuros experimentos de fusión nuclear. Estos materiales deben tener elevada conductividad térmica y alta resistencia al choque térmico. Como material de partida se han empleado mezclas de mesofase carbonosa y diferentes carburos metálicos (TiC, VC, ZrC, WC y B4C). Estos carburos catalizan la grafitización, permitiendo que tenga lugar a menor temperatura. VC comienza a actuar como catalizador a la temperatura más baja; ZrC es el catalizador más eficaz de los estudiados. Se ha observado que al grafitizar a la temperatura a la que comienza el efecto catalítico de los carburos, la porosidad abierta deja de estar conectada. Este fenómeno sugiere la existencia de un mismo mecanismo de difusión responsable del efecto catalítico y del cierre de la porosidad abierta. La adición de carburos no afecta negativamente a las propiedades mecánicas.
Palabras clave:grafitos dopados, mesofase, catalisis de la grafitización,
Improvement of the thermo-mechanical properties of isotropic graphite, produced from carbonaceous mesophase, by the addition of different carbides
This work demonstrates the possibilities for optimization of doped fine grain graphites with high thermal conductivity and high thermal shock resistance for application as plasma-facing materials at those areas of the vessel wall in fusion devices receiving the highest particle and power loads. A mixture of carbonaceous mesophase powder and different fine grain carbides (B4C, TiC, VC, ZrC and WC) was used as starting material. These carbides act as catalysts, decreasing the graphitization temperature. VC acts as catalyst of the graphitization at the lowest temperature, and ZrC is the most effective catalyst of all investigated carbides. With increasing graphitization temperature, the open porosity of all doped materials becomes closed, suggesting the existence of a diffusion mechanism responsible for both the catalytic effect and the closing of the open porosity. Carbides addition does not strongly influence the mechanical properties of pure graphite.
Key words:
doped graphite, mesophase, catalytic graphitization
547-549
J.B. PARRA1, C.O. ANIA1, A. ARENILLAS1, F. RUBIERA1, J.M. PALACIOS2, J.J. PIS1
1 Instituto Nacional del Carbón. Campus U.A.M., C.S.I.C., 33080 Oviedo
2 Instituto de Catálisis y Petroleoquímica, C.S.I.C. Cantoblanco, 28049 Madrid
El polietilentereftalato o tereftalato de polietileno, PET, es un poliéster termoplástico ampliamente utilizado. Debido a su gran producción y consumo se genera un gran volumen de PET usado que es necesario tratar. En la actualidad, la única alternativa utilizada para la minimización de residuos de PET de pureza media/baja es la incineración. Por lo tanto, se hace necesaria la búsqueda de otras opciones que aprovechen en mayor medida el potencial de este residuo y que, a la vez, sean rentables. En este trabajo se muestra cómo el PET proveniente de botellas usadas puede ser una fuente de materiales carbonosos que desarrollan una microporosidad controlada, por lo que su campo de aplicación puede ser muy amplio.
Palabras clave:PET, reciclado, carbones activos, textura
Carbonaceous materials from recycled Pet
Poly(ethyleneterephthalate), PET, is nowadays one of the polymers more widely used. However, due to its big production, it accounts for a large part of the wastes generated and it becomes necessary to minimise them. The PET incineration with energy recovery is the most common way to eliminate these residues. Further research is needed in order to find alternative processes to recycling PET. In this work, it is shown that the post-consumer PET is an interesting source of carbonaceous materials that develop a well controlled microporosity, giving the possibility of application in several fields.
Key words:
PET, recycling, active carbons, textural properties
550-551
J. OÑORO1, F.J. MIELGO1, C. RANNINGER1, J. CASANOVA2
1Dept. Ingeniería y Ciencia de los Materiales. ETSI Industriales. U. Politécnica de Madrid.
2Dept. Ingeniería Energética y Fluidomecánica. ETSI Industriales. U. Politécnica de Madrid.
El grafito es una forma alotrópica del carbono, consistente en capas de átomos de carbono cristalizados en anillos hexagonales planos. Las partículas de coque utilizadas para sintetizar el grafito convencional son largas y estrechas, lo que da lugar a una estructura orientada de alta anisotropía tras un proceso de compactación o extrusión. Con una adecuada selección de materias primas y procesos de conformado es posible reducir dicha anisotropía, hasta eliminarla en la obtención del grafito isotrópico. La empresa Repsol-YPF, S.A., ha desarrollado un proceso para la fabricación de una mesofase poliaromática extraída por carbonización de residuos del refino del petróleo, a partir de la cual se obtiene un grafito isotrópico de altas prestaciones y bajo costo. Este grafito presenta propiedades térmicas, mecánicas, químicas y tribológicas muy superiores al grafito convencional; habiéndose propuesto su utilización para la fabricación de pistones, válvulas, cierres de bombas de agua y otros componentes en motores de automoción. Se han desarrollado pistones diseñados con este grafito isotrópico para un motor de gasolina. Estos pistones prototipo han sido fabricados y ensayados en motores a plena potencia y plena carga. En este trabajo se analizan las propiedades físicas, mecánicas y el comportamiento a fractura de este grafito isotrópico.
Palabras clave:grafito isotrópico, pistones, fractura
Isotropic graphyte produced from coke to automotive aplications
The graphite is an allotropic form of the element carbon consisting of layers of hexagonally arranged carbon atoms in a planar condensed ring system. Coke particles used for conventional synthetic graphite products are long and narrow. These particles produce a preferred structural orientation in the product after the conventional uniaxial pressing or extrusion with high anisotropy. With a properly election of raw materials and process is possible reduce the anisotropy to obtain isotropic graphite. Repsol-YPF has produced a binderless polyaromatic mesophase from petroleum pitch, which has shown to be very appropriated as raw material for production of high strength isotropic graphite with high performance and low cost. This graphite have offered thermal, mechanical, chemical and wear properties higher than conventional graphite. The isotropic graphite obtained is suitable for making pistons, valves, turbojoints and other automotives components. The pistons design with this isotropic graphite has been developed for an automotive petrol engine. Piston prototypes were manufactured and tested in engines at full power and at full torque. This paper analysed the physical, mechanical and fracture properties of the isotropic graphite obtained.
Key words:
isotropic graphite, pistons, fracture
552-555
T. GARCIA, L. AGULLÓ, A. AGUADO, G. CANALS
E.T.S. Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona, Universitat Politècnica de Catalunya. Barcelona. España
El presente trabajo describe la metodología seguida y los resultados obtenidos en un estudio relativo a la evaluación de la tenacidad del hormigón proyectado con fibras poliméricas de alto módulo según dos procedimientos de ensayo distintos: el Plate Bending Test de la norma europea EFNARC de configuración hiperestática; y el Round Determinate Panel Test, ensayo de tipo isostático propuesto por E.S. Bernard. Asimismo, se ha ensayado hormigón de referencia sin fibras y con fibras metálicas. El estudio se ha completado con la caracterización del material, comprobando las modificaciones en las características del hormigón por la incorporación de las fibras. Desde el punto de vista del control de calidad se han contrastado ambos ensayos con el fin de determinar el ensayo que mejor se adapta a este tipo de aplicaciones.
Palabras clave:Hormigón proyectado, fibras, tenacidad, Plate Bending Test, Round Determinate Test.
Toughness evaluation of shotcrete reinforced with high modulus polymeric fibers
This article describes the methodology and presents results of a study of the evaluation of the post-cracking performance of shotcrete reinforced with high modulus polymeric fibers using two panel-based tests: the Plate Bending Test of EFNARC, and the Round Determinate Panel Test proposed by Bernard. A plain shotcrete and a steel fiber reinforced shotcrete have also been tested for comparison. The material properties in each case have also been characterized. An evaluation of the two panel tests has been performed considering the requirements of shotcrete applications.
Key words:
Shotcrete, fiber, toughness, Plate Bending Test, Round Determinate Test.
556-559
E. GALLO1, D. REVUELTA2
1 Instituto de Tecnología Profesor Jorge A. Sábato. (1650) San Martín, Buenos Aires (Argentina).
2 Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja (C.S.I.C.). 28033 – Madrid.
El proceso de puesta en obra constituye un aspecto clave en las propiedades finales del hormigón. La mejora de este proceso ha desembocado en la aparición de nuevos tipos de hormigón en los que no se necesita vibrado mediante medios mecánicos para rellenar los encofrados. Este tipo de hormigón, conocido como autocompactable, se distingue de otros hormigones por sus propiedades reológicas; pero los actuales ensayos de verificación de las propiedades del hormigón resultan insuficientes para la caracterización completa del hormigón sin vibrado en estado fresco. Este trabajo estudia algunos de los métodos de valoración de propiedades en estado fresco, llegando a distinguir ventajas e inconvenientes de dichos métodos.
Palabras clave:hormigón autocompactable, reología, escurrimiento, caja en L
Verification of the rheological properties of self-compacting concrete
The process of casting is a key issue in the final properties of concrete. The struggle to improve this process has brought the development of a new type of concrete that does not require external vibration in order to fill the formwork. This new type of concrete, known as self-compacting concrete, differs from other concretes in its rheological properties, but the existing concrete tests does not provide enough information to fully characterize this concrete, either during the design process or the reception at the work place. This work studies some of the proposed validation tests for the fresh state, distinguishing som e advantages and drawbacks among them.
Key words:
self-compacting concrete, rheology, slump-flow, L-box
560-564
M. MOLINA1, J. P. GUTIÉRREZ1, M. D. GARCÍA2
1Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja (CSIC), 28033 Madrid (España).
2Escuela Técnica Superior de Arquitectura (UPM), 28040 Madrid (España).
En este artículo se estudia el fenómeno de la adherencia en estructuras de hormigón armado. En primer lugar se incluye una revisión del estado del conocimiento sobre la adherencia y sobre los distintos ensayos de caracterización, principalmente tipo pull-out (ensayos de tracción sobre probetas prismáticas con diferentes longitudes de anclaje según el diámetro de la barra) y ensayos Beam Test sobre vigas de hormigón armado. En segundo lugar se presentan los resultados de los ensayos tipo pull-out realizados en la nave de ensayos del Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja, en probetas prismáticas variando el diámetro y el recubrimiento de las barras según el ensayo normalizado por la RILEM/CEB/FIP con algunas modificaciones. Se realizan ensayos tanto con la barra en posición centrada como con diferentes recubrimientos. El objeto de los ensayos con excentricidad es estimar la influencia del escaso o nulo recubrimiento en el comportamiento del hormigón armado. Finalmente se analizan los diferentes tipos de fallo obtenidos en los ensayos y la influencia del diámetro de la armadura y el recubrimiento en la transferencia de tensiones hormigón acero.
Palabras clave: Adherencia, hormigón armado, ensayo pull-out, ensayo de adherencia en vigas.
Steel/concrete bond characterisation on reinforced concrete structures
The bond mechanism on reinforced concrete structures is analysing in this paper. A state of art review of bond phenomenon and characterisation tests, pull-out and beam tests are included. Experimental modifications of RILEM/CEB/FIP pull-out tests on prismatic specimens with different concrete cover are also studied. The objective of eccentric tests is to estimate the maximum bond stress and the loss of concrete cover influence on the reinforced concrete behaviour. Bars diameter and concrete cover influence on concrete-steel stress transfer and different types of failures are analysed finally.
Key words:
Bond, Reinforced concrete, tests, pull-out and beam test.
565-568
M. CASTELLOTE, C. ANDRADE, C. ALONSO
Instituto de Ciencias de la Construcción “Eduardo Torroja” (IETcc) CSIC, Madrid, España.
La determinación de coeficientes de difusión de los iones cloruro a través del hormigón precisa en muchas ocasiones de la aplicación de campos eléctricos con el fin de obtener resultados en plazos razonables de tiempo. Sin embargo, esta aceleración del transporte podría modificar las complejas interacciones que tienen lugar entre los iones cloruro y la matriz de cemento, haciendo que los coeficientes obtenidos mediante ensayos de migración no fueran representativos de condiciones de difusión natural. Este aspecto se aborda en el presente trabajo mediante la realización de ensayos de migración de cloruros en estado estacionario y no estacionario, así como de difusión natural de cloruros y oxígeno en estado estacionario. Como resultado, se ha podido establecer que cuando el transporte se produce por migración, hasta un campo aplicado de 10.5 V/cm, ésta tiene lugar a través de poros del mismo tamaño que por los que se lleva a cabo la difusión natural, produciéndose una interacción más débil del adsorbato con el sustrato que en difusión natural, lo que debe tenerse en cuenta a la hora de diseñar los ensayos de migración para la determinación de los coeficientes de difusión de cloruros en estado no estacionario.
Palabras clave: campos eléctricos, pasta de cemento, iones cloruro, oxígeno, interacciones, alteraciones
Effect of the application of electrical fields on the interactions between the chloride ions and the cementitious matrix
The application of electrical fields to determine the chloride diffusion coefficients through concrete has become a need in order to obtain the required results in reasonable periods of time. However, this acceleration could modify the complex interactions between the chloride ions and the cementitious matrix, being the coefficients obtained by migration tests not representative of those of natural conditions. This subject is undertaken in this paper by performing steady and non-steady state migration tests for chlorides and natural diffusion for oxygen and chloride ions. As a result it has been stated that when applying an electrical field (until 10.5 V/cm), the transport of chloride ions take place through the same kind of pores, but the interaction to combine chlorides is smaller than when driven by natural diffusion. This is a point to be taken into account when designing the experimental conditions for migration tests to determine the non steady state diffusion coefficient of chloride ions.
Key words:
electrical fields, cement paste, chloride ions, oxygen, interactions, alterations
569-572
I. BELEÑA1, M.J.L. TENDERO1, E. M. TAMAYO2, D. VIE2
1Asociación de Investigación de las empresas de la Construcción (AIDICO)
2Instituto de Ciencias de Materiales de la Universidad de Valencia
La activación alcalina en condiciones de presión y temperatura próximas a las ambientales de algunas arcillas calcinadas da lugar a materiales cementantes de altas prestaciones mecánicas constituidos por redes 3D polisialato-siloxo, también denominados geopolímeros. En el presente trabajo se ha analizado la influencia de diferentes parámetros de composición (SiO2/Al2O3, Na2O/Al2O3 y H2O/Na2O), sobre la naturaleza de los materiales formados a partir de metacaolinita y silicato sódico en medio fuertemente alcalino (NaOH) mediante DRX, 27Al y 29Si-RMN y MEB. Se ha optimizado el proceso de obtención de piezas geopoliméricas variando las condiciones de curado y secado, obteniéndose materiales de características comparables a los cerámicos. El seguimiento de la reacción con el tiempo mediante 27Al y 29Si-RMN mostró tres etapas bien diferenciadas de disolución, nucleación y polimerización.
Palabras clave:Geopolímero, activación alcalina, polisialato-siloxo, metacaolinita, resistencia a compresión.
Study and obtimizing of the reaction parametres for geopolymeric material manufacture
The alkali activation of some bulk clays at room pressure and temperature leads to high strength cementitious materials called geopolymers. These inorganic polymers consist of 3D polysialate framework.. Literature concerning this kind of materials is mainly based on patents because of their industrial interest. Influence of several composition parameters (SiO2/Al2O3, Na2O/Al2O3 y H2O/Na2O) in the structure and properties of geopolymeric materials, synthesised from metakaolinite and sodium silicate in a highly alkaline environment, has been studied by XRD, 27Al y 29Si-NMR and MES. Process for the obtention of geopolymeric pieces has been optimised varying the cured and drying conditions, obtaining likeceramic products. The different geopolymerization reaction periods have been followed by 27Al y 29Si-NMR.
Key words:
Geopolymer, alkali activation, polysilicate, metakaolinite, compression resistance
573-577
V. AMIGÓ1, A. VICENTE1, F. ROMERO1, Y A. PAOLINI2
1 Departamento de Ingeniería Mecánica y de Materiales. Universidad Politécnica de Valencia.
2 Instituto Prof. “Jorge A. Sábato”-Comisión Nacional de Energía Atómica. Buenos Aires, Argentina
El desarrollo de recubrimientos porosos por sinterizado de microesferas en prótesis de cobalto precisa de una sinterización a temperaturas elevadas, a las que se producen cambios microestructurales notables e incluso fusiones parciales al superar la temperatura de transformación eutéctica de estas aleaciones Co-Cr-Mo. Las temperaturas tan elevadas de tratamiento de sinterización vienen condicionadas por la difusividad en estas aleaciones y la necesidad de crear los cuellos necesarios entre las bolas y éstas con el material base, de manera que permitan unas características mecánicas adecuadas a la aplicación de las prótesis. Estos cambios microestructurales, desde la microestructura de colada de la aleación, pueden ser controlados mediante los tratamientos complementarios de solubilización. Además, es frecuente someter al material de colada, para reducir la porosidad residual y modificar la distribución de los poros, a prensado isostático en caliente, HIP, a temperaturas alrededor de los 1200°C. Este nuevo tratamiento permite una redisolución de parte de los carburos con una modificación importante del lugar de precipitación de los mismos durante el enfriamiento lento que los lleva hacia borde de grano, con un notable aumento del tamaño de grano. Se analiza por tanto la influencia del tratamiento HIP en la distribución de los carburos metálicos cuando se suministra el tratamiento previamente a la sinterización o tras la misma. De la misma manera se analiza la influencia del tratamiento de solubilización y sobre todo de la velocidad de enfriamiento tras el citado tratamiento de solubilización.
Palabras clave:Aleaciones Co-Cr-Mo, prensado isostático en caliente, precipitación de carburos, biomateriales.
Influence of hip treatment in the evolution of Co-Cr-Mo prothesis carbides
The development of porous coatings by microspheres sintering is made on cobalt alloys at high temperatures. These temperatures modify the base alloy microstructure, and some partial fusions can appear if temperatures are about eutectic temperature.
High temperature is conditioned by diffusion in these alloy, needed to form adequate bonds between beads and substrate
Solution annealing and hot isostatic pressing process (HIP) modify the casting microstructure and reduce the porosity. These treatments involve high temperatures like 1200°C, dissolving carbides and modifying its morphology and distribution.
The influence of HIP treatment in the evolution of distribution and morphology of carbides is studied.
Key words:
Co alloys, hot isostatic press, carbides precipitates, biomaterials
578-582
R. FORT1, M. ALVAREZ DE BUERGO1, M.C. LÓPEZ DE AZCONA1, F. MINGARRO1, M.J. VARAS1, J. SORIANO2
1 Instituto de Geología Económica (CSIC-UCM). Red Temática del CSIC de Patrimonio Cultural (RTPHC)
2 Laboratorio Central de Estructuras y Materiales (CEDEX). Ministerio de Fomento.
Se ha caracterizado la fábrica de ladrillo existente en el Palacio del Infante Don Luis Antonio de Borbón (Boadilla del Monte, Madrid, siglo XVIII), y se ha definido el estado de conservación de los materiales. El ladrillo original es de baja calidad y su paragénesis mineral indica una temperatura de cocción de 750-850ºC. Su elevada capacidad de absorción de agua y alta porosidad, son responsables de su alteración y disgregación. El ladrillo de restauración es de mejor calidad, cocido a mayor temperatura (~900ºC). En cuanto al mortero original, es un mortero de cal de relación cercana a 1:2; los áridos son pluriminerales y tamaño medio de 1,50 mm. Los morteros de las sucesivas restauraciones se diferencian del original, no en la composición, que es prácticamente la misma a excepción del más moderno, que presenta cemento, sino en la dosificación y en el tamaño de los áridos, así como en el acabado de la junta. El rejuntado de la fábrica de ladrillo original, junto con la presencia de agua (humedades) y la baja calidad del ladrillo debido a una cochura insuficiente y heterogénea, son los responsables del enorme deterioro que sufre el ladrillo.
Palabras clave:ladrillo, mortero, degradación, petrofísica, restauración
Characterization of the brickwork from palace “Infante Don Luis”, Boadilla del Monte, Madrid.
Brickwork from the Palacio del Infante Don Luis Antonio de Borbón (Boadilla del Monte, Madrid, 18th century) has been characterised, as well as the conservation degree of the materials has been determined. The original brick is of low quality and its mineralogical paragenesis shows firing temperatures of 750-850º C. Its high water absorption capacity and porosity are responsible for its characteristic alteration and disgregation. Restoration brick is of better quality, fired at higher temperatures (~900º C). In relation to the original mortar, it is a lime one, with a relation close to 1:2; aggregates are plurimineral and an average grain size of 1,50 mm. Mortars from following restorations are different from the original ones, not in composition, practically the same with the exception of the most modern mortar which is cement-based, but in their dosification and in the aggregates grain size, as well as in the finishing of the joint. Repointing of the original brickwork, together with the presence of water (dampness), and the low quality of brick due to an insuficient and heterogeneous firing, are resposible of the deterioration the brick undergoes.
Key words:
brick, mortar, degradation, petrophysics, restoration
584-586
El presente trabajo describe un ensayo acelerado de lixiviación, que mediante un proceso rápido, permite desarrollar y evaluar cementos para su uso en instalaciones nucleares, y la comprensión de su comportamiento a largo plazo. El método se ha desarrollado para estudiar la estabilidad de materiales de base cemento, en contacto con bentonita, que serán utilizados en almacenamientos de resíduos radiactivos de alta actividad. Como agente lixiviante se seleccionó el ácido nítrico, con objeto de simular de forma acelerada, la disminución del pH que se produce cuando el hormigón entra en contacto con aguas subterráneas.
Palabras clave:
Evaluation of long-term behavior of concretes in high level waste repositories. An accelerated leaching test.
The present work describes an accelerated leaching method that with a rapid process allows to develop and evaluate cements for use in a nuclear disposal, and the understanding of the long term effects. The method has been developed to study the stability of cementitious materials in contact with bentonite, to be used in high level radioactivity waste repositories. Nitric acid has been selected to simulate in an accelerated way the pH decreasing produced when concrete is in contact with groundwaters.
Key words:
587-590
A. AGUADO1, A. JOSA1, A. CARDIM2
1 E.T.S. Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Barcelona. UPC. 08034 Barcelona (España)
2 Escuela Politécnica de la Universidad de Pernambuco (Brasil).
El análisis del ciclo de vida (ACV) de productos se ha convertido en una herramienta usual de cuantificación de aspectos medioambientales de los mismos. Esta técnica, está bastante extendida en productos industriales estándar, pero no tanto, en productos del sector de la construcción, como es el cemento. Por otro lado, para la realización de un ACV fiable es necesario contar con inventarios, asimismo fiables, lo cual adquiere gran importancia ya que en España no existen de forma sistemática. En este artículo se hace un análisis de los inventarios públicos a los que se ha tenido acceso, correspondientes a diferentes cementos del ámbito europeo, reflejándose las fortalezas y debilidades de los mismos.
Palabras clave:análisis de ciclo de vida (ACV), cemento, energía, inventarios
Strengths and weaknesses of life cycle inventories (LCI) of cement for its use in life assesments (LCA)
Life-Cycle Assessment (LCA) has become a common and accepted tool for quantifying the environmental impact of products. It is frequently used in some industrial sectors but this is not the case for construction products like cement. Reliable LCA require the use of reliable Life-Cycle Inventories (LCI); this is an important point because in Spain reliable LCI are scarce. An analysis of available LCI of different European cements is presented in this paper. This analysis includes the strengths and weaknesses of such inventories.
Key words:
Life Cycle Analysis, cement, energy, inventories
591-595
I. CAÑADAS, D. MARTÍNEZ, J. RODRÍGUEZ
CIEMAT-Plataforma Solar de Almería
La energía solar concentrada permite proporcionar de forma controlada altas densidades de flujo energético con un amplio espectro de longitudes de onda mediante el uso de hornos solares, cuyo diseño permite alcanzar velocidades de calentamiento muy altas y temperaturas de hasta 3500ºC. Los hornos solares, por sus características, son especialmente adecuados para aplicaciones que conlleven la transformación o síntesis de materiales, siendo instalaciones dedicadas a la investigación en los campos de tratamiento y caracterización de materiales y procesos químicos. Durante el año 2001 en el Horno Solar de la Plataforma Solar de Almería se han realizado varias campañas de ensayos en colaboración con distintos centros de investigación europeos dentro del programa IHP de la Comisión Europea, abordándose diversas líneas de trabajo que han vuelto a demostrar la viabilidad y potencialidad del uso de los hornos solares para el tratamiento de materiales.
Palabras clave:Energía solar. Tratamiento superficial. Energías renovables. Tratamiento de materiales a alta temperatura
Materials Thermal Treatment at Plataforma Solar de Almería Solar Furnace: Current Activity Lines
Concentrated solar energy gives controlled high flux density with a wide wavelength spectrum by means of solar furnaces, which design allows to attain very high heating rates and very high temperatures up to 3500 K. Solar furnaces are specially suitable for transformation or synthesis process, these installations are devoted to research in the fields of material characterization and treatment as well as chemical processes.
During 2001, several test campaigns have been carried out in the Solar Furnace at the Plataforma Solar de Almería in collaboration with different European research institutes, under the umbrella of the European Commission`s Improving Human Potential Programme. Thus different lines of work have been launched demonstrating the feasibility and potential use of solar furnaces for such R&D field.
Key words:
Solar energy. Surface treatment. Renewable energies. High temperature material treatment
1
5-7
V. CORRECHER (1) Y J. GARCÍA-GUINEA(2)
(1) CIEMAT. Av. Complutense 22. Madrid.
(2) CSIC. Museo Nacional de Ciencias Naturales. CSIC. Madrid.
Las propiedades luminiscentes del cuarzo y de los feldespatos, que son componentes mayoritarios de los materiales cerámicos tradicionales (ladrillos, azulejos o porcelanas), varían considerablemente durante el proceso de fabricación que implica un calentamiento hasta ∼900ºC en ladrillos o ∼1200ºC en porcelanas. En este trabajo se ha estudiado como varía la luminiscencia de un feldespato potásico (KAlSi3O8) perfectamente caracterizado cuando es sometido a (i) tratamientos térmicos y (ii) exposición al infrarrojo. Se ha observado que calentamientos progresivos desde 2 hasta 96 horas a una temperatura de 500ºC producen un aumento proporcional de la intensidad en las curvas de radioluminiscencia (RL) y catodoluminiscencia (CL) sin modificar su forma. Dado que no se ha apreciado cambio alguno en la estructura cristalina estudiada por difracción de rayos X, es probable que esta variación de la intensidad sea debida a una auto-difusión de los iones alcalinos (K, Li, Na o Rb) a través de las interfases de la red. Por otra parte, la emisión termoluminiscente (TL) del feldespato potásico se desplaza moderadamente hacia altas temperaturas cuando previamente es expuesto a radiación infrarroja durante 10 minutos. Es probable que este fenómeno sea debido a una transición electrónica por efecto túnel desde trampas más superficiales hacia trampas más profundas o a un mecanismo continuo en la distribución de las trampas.
Palabras clave: Luminiscencia, emisión espectral, feldespato potásico, tratamiento térmico.
Variation in the luminescent properties of a potassium rich feldspar induced by thermal treatment and infrared exposure
Luminescence properties of quartz and feldspars, main components of traditional ceramic materials (bricks, tiles or porcelains), change considerably during the manufactured process that involves a heating treatment up to ∼900ºC (bricks) or ∼1200ºC (porcelains). The aim of this paper is the study of the change the luminescence properties of a well characterised K-rich feldspar (KAlSi3O8) when (i) thermal treatment and (ii) infrared exposure are performed. It could be appreciated an increase in the intensity of the radioluminescence (RL) and cathodoluminescence (CL) curves when progressive thermal treatment at 500oC from 2h to 96h are applied. No significant changes in the shapes of the curves could be detected. As no structural changes have been detected by X-ray diffraction, the change in the sensitivity of the curve can be due to self-diffusion of alkali (K, Li, Na or Rb) through the lattice and interphases. On the other hand, the feldspar blue thermoluminescence (TL) emission is slightly shifted towards high temperature when is previously exposed to infrared luminescence for 10 minutes. Probably this effect is a consequence of an electronic transition from shallower to deeper traps by tunnelling or a continuum in the trap distribution.
Key words:
Luminescence, spectral emission, K-rich feldspar, thermal treatment.
8-11
E.F. MONTERO1, M. A. GARCÍA1, M. A. VILLEGAS2, J. LLOPIS1
1 Depto. Física de Materiales, Fac. de Ciencias Físicas, Universidad Complutense de Madrid. Madrid, España
2 Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas, CSIC. Madrid, España
Se investiga la variación con el pH de las propiedades ópticas (absorción y luminiscencia) de moléculas de fluoresceína incorporadas a recubrimientos porosos sol-gel en un intervalo de concentraciones comprendido entre 0,5 y 3,8 % en peso. Los espectros de absorción de los recubrimientos presentan bandas principales en 435 nm y 487 nm para pH ácido y básico, respectivamente. Al comparar con los espectros de las disoluciones, la posición de ambos máximos se desplaza hacia el rojo y aparecen en 438 nm y 492 nm. La dependencia de la absorción de la fluoresceína en recubrimientos y disoluciones se ajusta a la ley de Lambert-Beer. Al excitar los recubrimientos y las disoluciones con fotones de la región en que la absorción es importante, los espectros de fotoluminiscencia muestran una banda ancha principal en 520 nm, tanto para pH ácido como para básico. En este caso y contrariamente a lo observado en los espectros en disolución, la intensidad a 520 nm decrece con el pH al aumentar éste desde 2 a 12.
Palabras clave:fluoresceína, pH, recubrimientos sol-gel, absorción, fotoluminiscencia
Study of optical properties of fluorescein-doped sol-gel coatings as a function of concentration and pH
Optical properties (absorption and luminescence) of fluorescein molecules encapsulated in porous sol-gel coatings for concentrations ranging from 0.5 to 3.8 wt % are investigated as a function of pH. Absorption spectra of the coatings show main bands at 435 nm and 487 nm for acid and basic pH, respectively. Both peaks appear in the solutions of fluorescein redshifted at 438 nm and 492 nm. However, the dependence in intensity of both peaks as a function of pH is found essentially similar between coatings and solutions. In both cases, the absorption dependence on concentration can be fitted to the Lambert-Beer law. On the other way, photoluminescent spectra of coatings and solutions upon excitation in the peak absorption region, show a dominant broad band peaked at 520 nm for both acid and basic pH. The intensity of the 520 nm-coating band displays a decreasing behaviour with increasing pH from 2 to 12, in contrast with those found for the same peak when the corresponding solutions were analysed.
Key words:
fluorescein, pH, sol-gel films, absorption, photoluminescence
12-15
A. H. DE AZA•, X. TURRILLAS#,θ, J. L. RODRÍGUEZ•, P. PENA*
* Instituto de Cerámica y Vidrio (CSIC). Campus de Cantoblanco. Cantoblanco (Madrid). España.
# Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja (CSIC). Madrid (España).
θ European Synchrotron Radiation Facility (ESRF). Grenoble. Francia.
• CINVESTAV-IPN. Saltillo (Coahuila). México.
La utilización de la difracción de neutrones a alta temperatura, aplicada a la investigación de procesos de sinterización reactiva, permite el estudio de las reacciones que tienen lugar in situ y, debido a su excelente poder de resolución temporal, la identificación de posibles fases transitorias de corta vida. Este trabajo recoge algunos de los resultados obtenidos durante la descomposición de la dolomita MgCa(CO3)2 y los primeros estadios (hasta 1300º C) de la sinterización reactiva de mezclas de dolomita con alúmina (Al2O3) y dolomita con circón (ZrSiO4). Teniendo en cuenta estos datos se han establecido las secuencias de reacción, así como la formación de distintas fases transitorias en cada uno de los sistemas. Así mismo, se han determinado las energías de activación correspondientes a la descomposición del MgCa(CO3)2 y del CaCO3 en compactos de MgCa (CO3)2 puro y en las mezclas estudiadas. Adicionalmente, mediante refinamiento Rietveld se ha determinado la variación con la temperatura de los parámetros cristalinos a y c de la celda unidad del MgCa(CO3)2 hasta temperaturas próximas a su descomposición (700º C).
Palabras clave:Termodifractometría de neutrones. Dolomita, MgCa(CO3)2. Sinterización reactiva.
Study of reaction sintering in dolomite based systems by neutron termodifractometry.
Due to their adequate time-resolution, high temperature Powder Neutron Diffraction applied to reaction-sintering process allows in situ reaction analyses and transient phase identifications, which otherwise cannot be detected by quenching and conventional diffraction methods. Bearing in mind that dolomite MgCa(CO3)2 is often used as a raw material in the synthesis of different refractory materials, in the present work, neutron diffraction time-resolved experiments were carried out during MgCa(CO3)2 decomposition and the first steps of the reaction-sintering process of MgCa(CO3)2-Al2O3 and MgCa(CO3)2-ZrSiO4 mixtures. The results obtained up to 1300ºC are presented and discussed to understand how these minerals behave during these first steps of the reaction sintering process. The activation energy for dolomite and calcite breakup was calculated from fitting to a contracting sphere model. Additionally, the dolomite mean thermal expansion coefficients were calculated along a and c axes from 25º to 700º C.
Key words:
Neutron diffractometry. Dolomite. MgCa(CO3)2. Reaction sintering.
16-18
B. VÁZQUEZ*, A. CABALLERO, P. PENA
Instituto de Cerámica y Vidrio CSIC, Camino de Valdelatas s/n, 28049, Cantoblanco, Madrid (España)
*Dirección permanente:Universidad Autónoma de Nuevo León–Monterrey Nuevo León (México)
Las relaciones de compatibilidad del Al2O3, en el sistema cuaternario Al2O3-CaO-MgO-SiO2, se han establecido teniendo en cuenta los datos obtenidos por difracción de rayos X y microscopia electrónica de barrido con microanálisis por dispersión de energías de rayos X sobre muestras tratadas térmicamente y llevadas al equilibrio. La proyección de la superficie eutéctica, que limita el volumen primario de cristalización del Al2O3, se ha representado en función del contenido de cada una de las composiciones estudiadas expresadas en % de CaO, MgO y SiO2 recalculadas al 100% en peso. Se han determinado dos puntos invariantes en los cuales coexisten en equilibrio Al2O3 con tres fases sólidas y una fase líquida así como las isotermas a cuyas temperaturas coexiste Al2O3 con otra fase sólida y un líquido.
Palabras clave:Diagrama de equilibrio de fases, Alúmina (Al2O3), Hexaluminato cálcico (CaAl12O19), Espínela (MgAl2O4), Anortita (CaAl2Si2O8), Mullita (Al6Si2O13).
Primary crystallization volume of Al2O3 in the quaternary system Al2O3-CaO-MgO-SiO2
Compatibility relations of Al2O3 in the quaternary system Al2O3-CaO-MgO-SiO2 were determined, after firing and quenching on selected samples, by X-ray diffraction followed by scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray examination. A projection of the boundary surface of the primary crystallisation volume of Al2O3 was constructed in terms of the CaO, MgO and SiO2 contents of the mixtures recalculated to 100 wt%. Two invariant points, where three solids coexist with Al2O3 and a liquid phase were defined, and the positions of isotherms were also established.
Key words:
Phase equilibrium diagram, Alúmina (Al2O3), Calcium Hexaluminate (CaAl12O19), Spinel (MgAl2O4), Anorthite (CaAl2Si2O8), Mullite (Al6Si2O13).
19-22
P. Prádanos, L. Palacio, A. Hernández, M. Vilaseca*, J. Coronas*, J. Santamaría*
Dpto. Termodinámica y Física Aplicada, Facultad de Ciencias, Universidad de Valladolid, Valladolid, España
(*) Dpto. Ingeniería Química. Universidad de Zaragoza, Zaragoza, España
En este trabajo se han estudiado láminas de silicalita con aplicación en los procesos de separación de gases. Dichas láminas se han depositado mediante síntesis hidrotermal durante distintos tiempos y usando varias composiciones en el gel precursor. La deposición se hizo sobre un soporte de alúmina con crecimiento preferencial en dos direcciones. Finalmente las láminas se calcinaron a 753 K durante 8 h para eliminar el agente estructurante, usando velocidades de calentamiento y enfriamiento de 0.5 y 1 K/min respectivamente. Las superficies resultantes se han analizado mediante microscopía de fuerza atómica en modo de contacto-intermitente (tapping) con el fin de ver si efectivamente se ha conseguido depositar cristales de silicalita en las direcciones indicadas y seguir la evolución de crecimiento de los núcleos. Por otro lado, se ha determinado la estructura porosa de la silicalita comprobando que los resultados concuerdan con los obtenidos por otras técnicas.
Palabras clave:membranas cerámicas, Silicalita, Separación de Gases, Microscopía de Fuerza Atómica, Crecimiento de cristales.
Study by afm of silicalite sctructure for gas separation
In this work, we study films of silicalite crystals used in gas separation processes. These crystals were obtained by hydrothermal synthesis during different times and using different gel composition. They were deposited on an alumina support growing in two preferential directions. Finally, the material was placed in a stove at 480ºC during 8 h in order to remove the structurant agent with heating and cooling rates of 0.5 y 2 ºC/min respectively. The resulting surfaces were analysed by atomic force microscopy (AFM) in tapping mode in order to notice the deposition of the silicalite crystals in the indicated directions, and also to distinguish the evolution of the nuclei growth. At the same time, the porous structure of silicalite has been determined, leading to results in good agreement with those obtained by other techniques.
Key words:
Ceramic Membranes, Silicalite, Gas Separation, Atomic Force Microscopy, Crystal Growth.
23-25
A. HERNÁNDEZ-JIMÉNEZ1, F. SÁNCHEZ-BAJO1, A.L. ORTIZ1, F.L. CUMBRERA2
1Departamento de Electrónica e Ingeniería Electromecánica. Escuela de Ingenierías Industriales.
2Departamento de Física. Facultad de Ciencias
Universidad de Extremadura. 06071 Badajoz. España
En este trabajo se propone un método polimórfico para el análisis cuantitativo de fases en la circona. Este procedimiento emplea un sistema de ecuaciones compatible y determinado que relaciona las intensidades de un conjunto de grupos de picos del espectro de difracción con las fracciones en peso de las diferentes fases presentes en la muestra. En dicho sistema, además de las abundancias relativas de las fases, se utilizan como incógnitas un conjunto de parámetros que dan cuenta de la aportación de las colas de los grupos de picos adyacentes al grupo de picos considerado. Este procedimiento se ha aplicado a un difractograma simulado correspondiente a una circona con 50% de fase cúbica, 25% de fase tetragonal y 25% de fase monoclínica y también a una muestra en polvo de circona fabricada mediante técnicas sol-gel.
Palabras clave:circona, difracción de rayos X, análisis cuantitativo, métodos polimórficos.
Phase composition analysis of zirconia using a simple polimorphic method
In this work, we propose a polymorphic method for the quantitative analysis in zirconia. This procedure uses a square system of equations relating the intensities of a peaks groups set in the diffraction pattern with the weight fractions of the different phases present in the sample. In this system it is used as unknowns, besides the relative abundance of the phases, a group of parameters that incorporates the contribution from the tails of the groups adjacent to the intensity of a selected group. The described procedure has been applied to a simulated diffractogram corresponding to a composition of zirconia of 50% of cubic phase, 25% of tetragonal phase and 25% of monoclinic phase, and also to a sample of zirconia processed by the sol-gel method.
Key words:
zirconia, X-ray diffraction, quantitative analysis, polymorphic methods.
26-29
J. GARCIA-GUINEA(1), F. PITALUA (1), V. CORRECHER, (2), P. LÓPEZ-ARCE (3)
(1) Museo Nacional Ciencias Naturales, CSIC. Madrid, España.
(2) CIEMAT. 28500-Madrid. España.
(3) Centro Tecnológico de la Arcilla Cocida. AITEMIN. Toledo
Se aplica una nueva puerta termo-refrigerada de construcción propia, con varios tipos de sensores acoplados (Análisis Térmico Diferencial, Humedad Relativa, Radioluminiscencia), a un difractómetro clásico para registrar perfiles de difracción secuenciales isotermales y no-isotermales (en el rango de 17ºC-200ºC). Con este dispositivo se estudiarán procesos de deshidratación y contracción de una arcilla histórica de Toledo. Además, se ha utilizado un microscopio electrónico ambiental (ESEM) con una cámara térmica interna (de 17ºC a 1000ºC) para secar la arcilla y analizarla con el EDS hasta 400ºC. En ambos equipos se controló la temperatura y la humedad relativa dentro de las cámaras de análisis. Los movimientos de contracción de secado han reorientado planos (00l) de la illita, la muestra ha deshidratado hacia los 80ºC y ha deshidroxilado hacia los 280ºC. A elevadas temperaturas in situ (900ºC), se tomaron fotografías de óptica electrónica del óxido de calcio procedente de la descomposición de la calcita.
Palabras clave: Illita, MEBA, DRX, deshidratación, deshidroxilación
Observation of dehydration and retrenchment effects in a claystone by x ray diffraction and electron microscopy under control of temperature and relative humidity
A new designed stainless steel door, which holds cooling fluids, permits connect a set of sensors (DTA, RH, RL) to a traditional diffractometer and record sets of isothermal and non-isothermal diffraction profiles (in a range of 17ºC-200ºC) allowing dehydration and retrenchment effects of an historical claystone from Toledo to be studied. In addition, a little oven into an environmental scanning electron microscope (ESEM) has been used to dry the claystone sample being analyzed with EDS up to 400ºC. In both equipments (XRD & ESEM) chambers, temperature and relative humidity are controlled. The crystallographic (00l) planes of illite are twisted during the water leaking. The dehydration (circa 80ºC) and dehydroxilation (circa 380ºC) processes of the illite are observed. At high temperature (900ºC) electron microscopy photographs of calcium oxide, stemming from calcite, were saved.
Key words:
Illite, ESEM, XRD, dehydration, dehydroxilation,
30-34
L.PARDO, B. JIMÉNEZ, T. HUNGRÍA, A. MOURE, A. CASTRO
Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid. CSIC. Cantoblanco. Madrid.
La protección medioambiental es uno de los factores que impulsan diversas áreas de la investigación en materiales. Existe la necesidad de la búsqueda de alternativas a las cerámicas ferro-piezoeléctricas comerciales basadas en los titanatos-circonatos de plomo, que requieren el manejo de grandes cantidades de óxido de plomo, muy tóxico, en su procesado. Los niobatos alcalinos se consideran buenos candidatos para esta sustitución. Sin embargo, es difícil conseguir cerámicas con altas densificaciones. De aquí la necesidad de investigar nuevas rutas de procesado.
La activación mecanoquímica se ha utilizado por primera vez en este trabajo para obtener cerámicas de Na1-xLixNbO3, en la región rica en Na. Se han activado mecanoquímicamente mezclas estequiométricas de Na2CO3 o Na2O, Li2CO3 y Nb2O5 en un molino vibratorio. Se ha observado el progresivo ensanchamiento de los picos de difracción de rayos X de las mezclas a medida que se aumentaba el tiempo de molienda, pero los precursores no llegan a ser amorfos para la difracción de rayos X. A partir de estos precursores se han obtenido cerámicas mediante sinterización o prensado en caliente y estudiado sus propiedades piezoeléctricas.
Palabras clave: mobato de litio y sodio, piezocerámicas, ferroeléctricos, activación mecanoquímica
Sodium-lithium niobate piezoceramics prepared by mechanochemical activation assisted methods
The environmental protection issues are driving forces nowadays in the scientific research on materials. From this point of view, it is a need to find alternatives to the present commercial piezoceramics, based on lead titanates-zirconates. The production of these materials requires handling of big amounts of lead oxide, which is highly toxic. Alkaline niobate piezoceramics are considered a good alternative for the future substitution of commercial piezoceramics by lead-free materials. However, the processing of these ceramics is difficult by conventional ceramic routes. There is a need to search for new routes of processing.
The mechanochemical activation was used in this work for the first time to get Na1-xLixNbO3 ceramics in the Na rich region. Stoichiometric mixtures of Na2CO3 or Na2O, Li2CO3 and Nb2O5 were activated in a vibrating mill. A progressive broadening of the X-ray diffraction peaks of the mixtures was observed as the milling time increased. Nevertheless, the precursors did not became fully amorphous. The thermal evolution of the activated precursors was also tested. Ceramics were obtained by sintering or hot pressing and their piezoelectric properties were studied.
Key words:
sodium-lithium niobate, piezoceramics, ferroelectrics, mechanical activation
30-37
A.M. URTIAGA, E.D. GORRI, C. CASADO, I. ORTIZ
Departamento de Ingeniería Química. ETS Ingenieros Industriales y de Telecomunicación. Universidad de Cantabria. Santander. España.
En este trabajo se estudia el comportamiento de una membrana comercial de pervaporación con una capa activa de zeolita NaA (Smart Chem., Reino Unido) aplicada a la separación de dos mezclas de origen industrial: tetrahidrofurano/agua con un contenido inicial de agua de 7,9% en peso y acetona/agua con un contenido inicial de agua de 3,25% en peso. Se ha caracterizado el flujo de agua y la selectividad de la separación, estudiándose la influencia de la composición y de la temperatura, en el rango 40 ºC - 65 ºC sobre ambos factores. Asimismo, se ha estudiado la estabilidad de la membrana en ciclos consecutivos de operación.
Palabras clave:membrana zeolita NaA, pervaporación, tetrahidrofurano, acetona, deshidratación, estabilidad.
Behavior of a zeolite 4-A commercial membrane in the dehydration of industrial solvents by pervaporation
The performance of a commercial zeolite NaA pervaporation membrane supplied by Smart Chem., U.K.) was studied with respect to the dehydration of industrial mixtures of tetrahydrofurane/water (CH2O≤7.9 wt.%) and acetone/water (CH2O≤3.25 wt.%). The influence of water concentration and temperature in the range 40 ºC - 65 ºC on fluxes and selectivities was described. The stability of the membrane in consecutive operation cycles is also reported.
Key words:
Zeolite membrane, pervaporation, tetrahydrofuran, acetone, dehydration, stability
38-41
H. El Kinani1, L. Yahyaoui-Azami1, M. Rafiq1, E. Rodriguez-Castellón2, J. Benavente3
1 Laboratoire des Materiaux et Protection de l´Environnement. Faculté des Sciences Dhar Mehraz, Universidad de Fés, Marruecos.
2 Departamento de Química Inorgánica; 3 Departamento de Física Aplicada I.
Facultad de Ciencias, Universidad de Málaga, E-29071 Málaga, España.
Se ha fabricado y caracterizado una membrana inorgánica compuesta (MC) consistente en una capa delgada de TiO2 (fase atanasa) sobre un soporte poroso (SP) obtenido a partir de arcillas naturales. La caracterización química y estructural se ha realizado, principalmente, a partir de los resultados de XPS y de microscopía electrónica de barrido. También se ha realizado una caracterización electroquímica de ambas membranas (MC y SP) en contacto con disoluciones de NaCl a distintas concentraciones mediante medidas de espectrocopía de impedancias y potencial de membrana. Los resultados han permitido estimar parámetros geométricos de la capa de TiO2 y poner de manifiesto un carácter débilmente aniónico, con una permeselectividad catiónica del 10%.
Palabras clave:Membranas inorgánicas, capa piel de TiO2, XPS, espectroscopía de impedancias, potencial de membrana
Structural and electrochemical caracterisation of a TiO2 composite membrane and its porous support based in natural clays.
The manufacture and characterisation of an inorganic composite membrane (MC) consisting of a thin layer of TiO2 (atanase phase)deposited on a porous support (SP) obtained from natural clay has been carried out. Chemical and structural characterisations have been mainly made by X ray photoelectron spectroscopy and electronic microphotographs. An electrochemical characterisation of both MC and SP membranes has also been carried out by measuring membrane potential and electrical impedance with the membranes in contact with NaCl solutions at different concentrations. The results allow an estimation of structural parameters for the TiO2 sub-layer and they also show the weak anionic character of this sublayer with a cationic permeselectivity around 10%.
Key words:
Inorganic membranes, TiO2 skin layer, XPS, impedance spectroscopy, membrane potential.
42-46
C. TALÓN, M. Á. RAMOS, S. VIEIRA
Laboratorio de Bajas Temperaturas, Departamento de Física de la Materia Condensada, C-III, Instituto “Nicolás Cabrera”,
Universidad Autónoma de Madrid, Cantoblanco, Madrid
En este trabajo, presentamos y discutimos experimentos de calorimetría a bajas temperaturas que hemos realizado en diferentes vidrios y cristales moleculares (de puentes de hidrógeno). En concreto, hemos medido el calor específico a bajas temperaturas Cp(T) para un conjunto de alcoholes sólidos: etanol normal y completamente deuterado, 1− y 2−propanol, y glicerol. El etanol presenta un muy interesante polimorfismo, con tres fases sólidas diferentes a bajas temperaturas: un cristal estable perfectamente ordenado (monoclínico), un cristal (cúbico) con desorden orientacional o “vidrio orientacional”, y el vidrio estructural canónico (amorfo). Midiendo y comparando el calor específico a bajas temperaturas de las tres fases, en el rango de temperaturas del pico bosónico (2−10 K) así como en el de los estados de tuneleo por debajo de 1K, hemos podido proporcionar una confirmación cuantitativa de que el “comportamiento vítreo” no es una propiedad exclusiva de los sólidos amorfos. Por otra parte, el propanol es el monoalcohol más sencillo que cuenta con dos estereoisómeros (1− y 2−propanol), lo que nos permite estudiar directamente la influencia de la organización espacial de los átomos en las propiedades universales de los vidrios. Hemos medido el calor específico de ambos isómeros, encontrando una notable diferencia cuantitativa entre ellos. Finalmente, también hemos obtenido el calor específico a bajas temperaturas del glicerol en sus fases vítrea y cristalina.
Palabras clave:vidrios, calor específico, bajas temperaturas, alcoholes, vidrios orientacionales.
Low-temperature specific heat of glassy and crystalline alcohols.
We present and discuss in this work specific-heat experiments at low temperature that we have conducted on different molecular (hydrogen-bonded) glasses and crystals. Specifically, we have measured the low-temperature specific heat Cp(T) for a set of solid alcohols: normal and fully-deuterated ethanol, 1− and 2−propanol, and glycerol. Ethanol exhibits a very interesting polymorphism presenting three different solid phases at low temperature: a fully-ordered (monoclinic) crystal, an orientationally-disordered (cubic) crystal or “orientational glass”, and the canonical (amorphous) structural glass. By measuring and comparing the low-temperature specific heat of the three phases, in the boson peak range, 2−10 K, as well as in the tunneling-states range, below 1K, we are able to provide a quantitative confirmation that “glassy behavior” is not an exclusive property of amorphous solids. On the other hand, propanol is the simplest monoalcohol with two different stereoisomers (1− and 2−propanol), which allows us to study directly the influence of the spatial rearrangement of atoms on the universal properties of glasses. We have measured the specific heat of both isomers, finding a noteworthy quantitative difference between them. Finally, low-temperature specific-heat data of glassy and crystalline glycerol have also been obtained.
Key words:
glasses, specific heat, low temperatures, alcohols, orientational glasses.
47-52
A. FEDER, L. LLANES Y M. ANGLADA
Departament de Ciència dels Materials i Enginyeria Metal.lúrgica, UPC, ETSEIB, 08028 Barcelona
Se ha estudiado el efecto de la nitruración a 1650 ºC durante 2 horas en la degradación hidrotérmica de una cerámica policristalina (Y-TZP) estabilizada con 2.5% molar de itria. Se ha observado que la microestructura superficial de la cerámica nitrurada es resistente a la transformación de fase t→m en presencia de agua a 100 ºC durante el período de tiempo investigado (850 horas), mientras que el material de partida se transforma en la superficie, pero no sufre ninguna reducción significativa en la resistencia. Sin embargo, en las muestras nitruradas se observa una disminución de la resistencia a flexión biaxial con el tiempo de ataque hidrotérmico, la cual se atribuye a la presencia de una cantidad importante de fase monoclínica en el interior de la muestra. Es decir, los granos situados en esta zona son más transformables en las probetas nitruradas, sin que el agua desempeñe aparentemente ningún papel en la degradación de la resistencia de estas muestras. El comportamiento observado frente a la degradación hidrotérmica en las condiciones estudiadas se atribuye al cambio en la estructura cristalina de la capa superficial y a la transformabilidad de la fase tetragonal a fase monoclínica en el interior de las muestras.
Palabras clave: Y-TZP, nitruración, transformación de fase, degradación hidrotérmica
Effect of nitridation on hydrothermal aging of Y-TZP
The effect of nitridation at 1650 ºC during 2 hours on hydrothermal aging of Y-TZP stabilized with 2.5 % moles of yttria has been studied. It has been shown that the superficial layer of nitrided samples was resistant to t→m phase transformation in water at 100 ºC during the investigated time period (850 hours). Conversely, the non-nitrided material transformed at the surface but no significant reduction in biaxial strength was observed. However, the biaxial strength of nitrided samples diminishes with hydrothermal aging time, which is thought to be due to the presence of an important amount of monoclinic phase inside the sample which is due to the high transformability of tetragonal grains. It appears that water does not play any important role in degradation of nitrided samples. The observations has been associated to changes in crystalline structure of a surface layer and to the high transformability of the tetragonal phase to monoclinic one inside the nitrided samples.
Key words:
Y-TZP, nitridation, phase transformation, hydrothermal aging.
53-55
J. E. RODRÍGUEZ-PÁEZ1, A. MAFLA1, G. ANDRADE1, A.DURÁN2
1Grupo CYTEMAC. Departamento de Física - FACNED, Universidad del Cauca. Popayán – Cauca/ COLOMBIA
2 Instituto de Cerámica y Vidrio – C.S.I.C, Cantoblanco, Madrid - España
La técnica Sol-Gel se ha utilizado para sintetizar una serie de sistemas multicomponentes, entre ellos SiO2 – TiO2. El mayor problema en la obtención de geles multicomponentes estables es la desigual velocidad de hidrólisis y condensación que presentan los alcóxidos precursores de los cationes de interés. En este trabajo se muestra cómo adicionando acetilacetona, acacH, al sistema TEOS – Ti(OBu)4 – H2O se puede obtener un sol estable. Se tomaron diferentes concentraciones de los precursores de silicio y titanio y una sola concentración de acacH. Se utilizó espectroscopia infrarroja, FTIR, para identificar los grupos funcionales presentes en el sistema y además se midió regularmente la viscosidad para determinar cualitativamente el avance de la policondensación del sistema.
Palabras clave:sol-gel; silice-titania; acetilacetonato; sol estable.
Chemical modification of titanium precursor to obtain stable silica-titania sol: acetylacetone.
Sol-gel processing has become a well established technique for producing ceramic powders or glasses. This processing has been utilized to synthesize several interesting systems, e.g. the SiO2 – TiO2 system. A major concern in the stable multicomponent geles is that the hydrolysis and condensation velocities are diferent for each precursor, TEOS and Ti(OBu)4 in this work. The chemical control of these reactions is currently performed by adding complexing reagents that react with metal alkoxides at a molecular level, giving rise to new molecular precursors of different structure, reactivity and functionanality. This paper shows that stable TEOS – Ti(OBu)4 – H2O sol can be reproducibly prepared in the presence of acetylacetone. We shall then show that the acac behaves as a ligand, directly bonded to the titanium ion. Thus the formation of precipitate is avoided. Infra-red spectroscopy (FTIR) and viscosity measures were used to demostrated this behaviour of the system.
Key words:
sol-gel; silica – titania; acetylacetone; stable sol.
56-58
P. BENITO, F.M. LABAJOS, V. RIVES
Dpto. Química Inorgánica. Universidad de Salamanca.Salamanca.
Se presentan los resultados obtenidos utilizando radiación microondas en la preparación de compuestos tipo hidrotalcita de composición Mg,Al-CO3, Mg,Cr-CO3, Ni,Al-CO3 y Zn,Ni,Al-CO3. Los materiales obtenidos se comparan con homólogos preparados por métodos convencionales. Se ha elaborado un protocolo de trabajo que permita obtener resultados reproducibles, siendo éste un aspecto novedoso de la utilización de microondas en la síntesis de sólidos inorgánicos. Los sólidos obtenidos fueron caracterizados mediante difracción de rayos X, análisis térmico, análisis químico elemental y adsorción-desorción de N2 a –196ºC. En todos los casos se obtuvieron compuestos tipo hidrotalcita con la composición química deseada. La cristalinidad final del sólido se ve afectada por el tiempo de exposición a la radiación microondas. Los materiales obtenidos utilizando microondas muestran una mayor homogeneidad en el tamaño de grano y un buen grado cristalino y mayor orden de las moléculas de agua interlaminares.
Palabras clave:Compuestos tipo hidrotalcita, hidrotermal, microondas.
Effect of microware radiation on the crystallinity of layered materials
The results obtained in the preparation of hydrotalcite-like compounds using microwave radiation are reported. The following systems were synthesized: Mg,Al-CO3, Mg,Cr-CO3, Ni,Al-CO3 y Zn,Ni,Al-CO3. The results obtained by the microwave-hydrotermal method have been compared with the conventional-hydrotermal one. A working protocol, which allows us to obtain reproducible results, has been elaborated, and this is a new aspect in the synthesis of inorganic solids. The obtained solids were characterized by several techniques (X ray difracttion, thermal analysis, chemical analysis and N2 adsorption-desorption at –196ºC). Hydrotalcite-like compounds with the desirable chemical composition were obtained. The cristallinity depends on the microwave radiation exposure time in all cases. Materials prepared using microwave radiation exhibit a better grain size homogeneity and a good crystalline degree and it also influences over the water molecules arrangement in the solid.
Key words:
Hydrotalcite-like compounds, hydrothermal, microwaves.
59-62
A. M. GARCÍA1, J. M. VILLORA2, D. A. MORENO1, C. RANNINGER1, P. CALLEJAS2, M. F. BARBA2
1 Universidad Politécnica de Madrid, Dto de Ingeniería y Ciencia de los Materiales, Esc. Téc. Superior de Ingenieros Industriales, Madrid (España)
2 Instituto de Cerámica y Vidrio, CSIC, Kelsen s/n, Campus de Cantoblanco. Madrid (España)
En este trabajo se elaboró un material vitrocerámico conteniendo la fase de hidroxiapatita, partiendo de residuos industriales y urbanos. Sobre la superficie del material se desarrollaron biopelículas de los microorganismos que aparecen habitualmente en las aguas residuales. Se hicieron ensayos de retención usando distintos metales pesados para evaluar la capacidad del material de eliminar tales elementos de un medio acuoso en presencia y ausencia de la biopelícula. Los resultados ponen de manifiesto la participación microbiana en los procesos de eliminación de los metales pesados del medio acuoso y ofrecen la posibilidad de utilizar el material vitrocerámico en un proceso de biorremediación de aguas contaminadas por metales pesados.
Palabras clave:Biorremediación, biopelícula, microorganismo, metal pesado, material vitrocerámico.
Aplication of glassceramic material to the bioremediation of heavy metals
In this study, a glassceramic material with hydroxyapatite phase was manufactured from industrial and urban wastes. On this material, biofilms from the microorganisms usually appearing in wastewater were developed. Batch assays were made using different heavy metals to analyze glassceramic material capacity to retain these elements from an aqueous medium in biofilm presence and absence. The results suggest that microorganisms are implicated in the removing of heavy metals from the aqueous medium and open the possibility to use the glassceramic material in a bioremediation process.
Key words:
Bioremediation, biofilm, microorganism, heavy metal, glassceramic material.
63-66
M. POPA1, 2, J. Mª CALDERÓN-MORENO1
1Universidad Politecnica de Catalunya (UPC), ETSEIB, Dpto. Materiales, Barcelona 08028, Spain
2Institute of Physical Chemistry, 77208 Bucharest, Romania
La cristalización de ZrSiO4 y su evolución con la temperatura se ha estudiado en la región rica en sílice, a partir de polvos amorfos y químicamente homogéneos de alumina-sílice-circona, preparados mediante método sol-gel usando mezclas de alcóxidos. Se obtuvo un vidrio con idéntica composición mediante enfriamiento rápido por inmersión en agua del material fundido. La evolución y la microestructura de los vidrios obtenidos se estudió mediante difracción de rayos X, infrarrojos, microscopía electrónica de barrido y análisis químico, en el rango de temperaturas hasta 1650oC. Los materiales están formados principalmente por fase amorfa hasta 1200oC, temperatura a la cual se observa la cristalización parcial de cristobalita. El análisis por espectroscopía de infrarrojos muestra bandas de circón en muestras tratadas térmicamente por encima de 1200oC. Las observaciones mediante microscopía electrónica confirman la cristalización de partículas de circón y circona a 1550oC. A 1650oC la cristobalita ha fundido y la única fase cristalina estable detectada mediante XRD tras 40 h a esta temperatura es circón.
Palabras clave:cristalización de circón, polvos amorfos de alumina-circona-sílice, vidrios a partir de gel.
Crystallization of silica-rich glasses prepared by sol-gel in the system alumina-silica-zirconia
The crystallization of ZrSiO4 and its evolution with temperature from chemically homogeneous alumina-silica-zirconia powders prepared by sol-gel method from alcoxide mixtures was studied in the silica-rich region. A glass with the same composition was obtained by quenching in water from the melt. The gel-glasses evolution and microstructure were studied by means of XRD, IR and SEM/EDX, in the range of temperatures up to 1650oC. The materials consisted mainly of amorphous phase up to 1200oC, at which partial crystallization of cristobalite was observed. IR spectroscopy analysis showed zircon bands after thermal treatment at 1200oC. The crystallization of zircon and zirconia particles at 1550oC was confirmed by SEM/EDX analysis. At 1650oC the only stable crystalline phase observed after 40 h of thermal treatment was zircon.
Key words:
alumina-zirconia-silica; gel glassses; zircon; crystallization; amorphous powders.
67-70
V. PEÑA1,2, A. RIVERA1, J. GARCÍA-BARRIOCANAL1, C. LEÓN1, J. SANTAMARÍA1, E. GARCÍA-GONZÁLEZ2, J. M. GONZÁLEZ-CALBET2
1 GFMC, Dpto. Física Aplicada III, Facultad de Físicas, Universidad Complutense de Madrid.
2 Dpto. Química Inorgánica, Facultad de Químicas, Universidad Complutense de Madrid.
Presentamos medidas de la conductividad eléctrica del sistema BIFEVOX Bi4V2-xFexO11-y (0≤x≤0.9; 0≤y≤1), en el que se realiza la sustitución de iones V (IV) por Fe (III) de forma sistemática. La conductividad muestra un comportamiento potencial con la frecuencia, descrito por σ*(ω)=σdc[1+(jω/ωp)n], y conocido como respuesta dieléctrica universal. Análogamente, el módulo eléctrico presenta picos asimétricos, cuya función de relajación en el dominio del tiempo puede describirse mediante exponenciales “estiradas” de la forma φ(t)=exp(-(t/τσ)β). β da cuenta del grado de correlación del transporte iónico, siendo su valor, β=0.56±0.03, casi independiente de la temperatura y del contenido en Fe. Con el aumento en el contenido de Fe, la conductividad disminuye exponencialmente y la energía de activación del proceso de conducción aumenta de 0.20 a 0.97 eV. Estos resultados se discuten en términos de la ordenación de vacantes oxígeno al dopar con Fe (III).
Palabras clave: conductor iónico, difusión de oxigeno, espectroscopía de impedancias, correlación iónica.
Electrical conductivity and oxygen diffusion in Bifevox.
We present electrical conductivity measurements of BIFEVOX Bi4V2-xFexO11-y (0≤x≤0.9; 0≤y≤1), in which V (IV) ions have been systematically substituted by Fe (III) ions. Conductivity shows a power law frequency dependence described by the form σ*(ω)=σdc[1+(jω/ωp)n], known as universal dynamic response. Conversely, the electric modulus shows asymmetric peaks, characterized by stretched exponentials relaxation functions in time domain of the form φ(t)=exp(-(t/τσ)β). β is determined by the degree of correlation in the ionic motion. It´s value, β=0.56±0.03, is almost independent of temperature and iron content. Increasing Fe content leads to an exponential decrease of the conductivity and to an increase of the activation energy of the conduction process from 0.20 to 0.97 eV. These results are discussed in terms of oxygen vacancy ordering upon Fe (III) substitution.
Key words:
ionic conductor, oxygen diffusion, impedance spectroscopy, ionic correlation
71-74
G. Vargas, F. Vázquez, J. López, J. Méndez, M. Méndez, P. Pena1
CINVESTAV Unidad Saltillo, Coahuila, México.
1Instituto de Cerámica y Vidrio, CSIC. Cantoblanco, Madrid, España.
Se analiza el efecto de la aplicación de las microondas durante 1,5 minutos sobre el cambio de volumen, porosidad y conductividad térmica de probetas de silicato de sodio/wollastonita. Se han estudiado mezclas con 20 a 100 % de silicato de sodio1. Se obtuvo una pérdida en masa del 19 % y un incremento de volumen del 50 % en mezclas con 20 % de silicato de sodio. A medida que el contenido de éste aumentó, la pérdida en masa se incrementó hasta 27 % y el cambio de volumen hasta en 500 % para probetas con 100 % de silicato de sodio. Se obtuvieron espumas cerámicas con porosidades totales de 65 % en probetas con 20 % de silicato de sodio (densidades aparente de 1,0 y real de 2,75 g/cc) y de 91 % en muestras con 100 % de silicato de sodio (densidades aparente de 0,182 y real de 2,0 g/cc). El tamaño de poro más uniforme se obtuvo para contenidos del 80 % de silicato de sodio (10 a 30 μm). Las conductividades térmicas de las espumas cerámicas fueron de 0,2, 0,125 y 0,065 W/m·K para contenidos de 40, 70 y 100 % de silicato de sodio, respectivamente.
Palabras clave:Espumas cerámicas, microondas, silicatos
Foaming of sodium silicate-wollastonite mixtures by microwaves
The effect of the application of microwaves on the volume, porosity and thermal conductivity of sodium silicate-wollastonite mixtures was studied. The compositional range studied was 20-100 wt% sodium silicate. A weight loss of 19% and a volume increase of 50% were obtained for mixtures with 20 wt% sodium silicate. The weight loss increased up to 27% with increasing sodium silicate content. Volume increased in 500% for samples with 100 wt% sodium silicate. Ceramic foams with total porosities of 65 vol % were obtained for specimens containing 20 wt% sodium silicate (with apparent and real densities of 1.0 and 2.75 g/cc, respectively), while samples containing 100 wt% sodium silicate presented total porosities of 91 vol% (with apparent and real densities of 0.182 and 2.0 g/cc, respectively). The best pore size uniformity (10-30 μm) was obtained for a sodium silicate content of 80 wt%. The thermal conductivities of the ceramic foams were 0.2, 0,125 and 0,065 W/m·K for sodium silicate contents of 40, 70 and 100 wt%, respectively.
Key words:
Ceramic foams, microwaves, silicates.
75-79
J. M. VILLORA, P. CALLEJAS, M. F. BARBA
Instituto de Cerámica y Vidrio (CSIC). Cantoblanco. Madrid.
Las propiedades de un material cerámico están íntimamente relacionadas con el procesamiento seguido para su obtención, dado que éste determina en gran medida su microestructura. En este trabajo se ha diseñado un material cerámico, obtenido a partir de materias primas alternativas (residuos industriales y urbanos), encaminado a retener metales pesados en aguas contaminadas, siguiendo tres procesos distintos: colaje en molde de escayola, prensado uniaxial y extrusión. Para establecer una comparativa entre ellos se han preparado, en los tres casos, en forma de anillos Raschig. Se ha procedido a la caracterización físicoquímica de los materiales así obtenidos, observándose su microestructura mediante microscopía electrónica de barrido, superficie específica (BET), medidas de densidad en mercurio y helio, absorción de agua y porosidad. Asimismo se ha realizado un ensayo dinámico de retención de metales pesados con estos anillos en aguas simuladas, llevando a cabo análisis químicos mediante ICP-OES en las aguas depuradas.
Palabras clave: Procesos de conformado, Materiales porosos, Metales pesados, Aguas contaminadas, Anillos Raschig.
Influence of processing on the behaviour of ceramic materials as ion adsorbents in industrial waste waters
Properties of ceramic materials are directly related with process followed for their production, since the process is determining microstructure. In this work a ceramic material from industrial and urban wastes has been designed and set out for retaining heavy metals from industrial contaminated waters, following three different processes: slip casting, uniaxial pressing and extrusion. These materials have been shaped as Raschig rings to establish a comparison between them, in three cases. A physical-chemical characterisation of the material has been performed. The microstructure was studied by SEM, specific surface area (BET), mercury and helium density measurements, water absorption and porosity. Additionally, a dynamic immobilisation experiment was performed with these rings in simulated waters containing heavy metals. Chemical analyses were carried out by ICP-OES technique in treated waters.
Key words:
Forming process, Porous materials, Heavy metals, Waste waters, Raschig Rings.
80-83
J. BASTIDA, C. BOLÓS, P. PARDO, F. J. SERRANO
Dto. Geología. Universidad de Valencia. Burjasot (Valencia).
Se estudia el desarrollo crstalino de CaO obtenido por calcinación (a temperatura máxima constante de 960ºC y distintos tiempos de permanencia) de un carbonato cálcico molido (CCM) proveniente de Clariana (Tarragona). Aplicando un método de análisis microestructural simplificado, de una sola línea, se analizan las reflexiones 111, 200, 220 y 311, asociadas a planos estructurales de mayor expresión morfológica y por ende de menor velocidad de crecimiento cristalino, obtienendose valores de tamaño de cristalito, con diferencias significativas para las distintas direcciones registradas y situados entre 334 y 3796 Å. El orden de las correspondientes velocidades de crecimiento de cristalito analizadas es 111 < 100 < 110 < 311, coincidente con el de preferencia morfológica establecida por la ley de Donay y Harker.
Palabras clave: Cal, tamaño, cristalito, difracción, rayos X
XRD Microestructural analysis of limes obtained from GCC
The development of limes obtained by firing of a ground calcium carbonate (GCC) from Clariana (Tarragona), at constant maximum temperature (960 ºC) and at different permanence times was studied. Reflections 111, 200, 220, 311, corresponding to structural planes of higher morphological appearance (and, as a result, of slower cristallite growing rate), are analized using a single line simplified XRD method. Values of cristallite size obtained by this way are significative different for the different studied directions, and range from 334 Å to 3796 Å. The order of cristallite growing rates is 1 1 1 < 1 0 0 < 1 1 0 < 3 1 1 which agrees the order of morphological prevalence, according to the Donay & Harker’s law.
Key words:
Lime, cristallite, size, diffraction, X ray
85-101
E. Criado, E. Sanchez, M. Regueiro
La evolución de la industria cerámica y vidriera española en los últimos años ha sido espectacular duplicando la producción en la mayor parte de los subsectores a lo largo de los 90. El valor total de la producción alcanzó en 2002 la cifra de 11564 ME, mas del 1% del P.IB , lo que hace que nuestro país junto con Italia, lideran el mundo cerámico europeo. Dicho proceso ha estado asociado al notable dinamismo que han experimentado, durante dicho período la construcción, infraestructuras, automóvil etc. Este desarrollo ha estado basado en un notable esfuerzo científico y tecnológico que ha cubierto todo el ciclo desde las materias primas a productos y procesos. La industria en su conjunto incluye a 100000 trabajadores en más de 2600 compañías.
Sin embargo en los dos últimos años algunos datos, como el descenso en la producción de acero, la menor tasa de crecimiento de cemento o de las nuevas construcciones, apuntan hacia un cambio de ciclo en que la competencia de países como Turquía o China puede jugar un papel relevante. En el presente trabajo se describe la situación de cada uno de los sectores cerámicos, sus cifras más significativas así como se indican algunos criterios sobre el modelo de desarrollo cerámico español para su adecuación al nuevo ciclo.
Palabras clave:Producción cerámica, pavimentos, revestimientos, esmaltes, refractarios, sanitario, ladrillos, materias primas, actividades i+d
The spanish glass and ceramic industry, change of cycle?
The spanish glass and ceramic industry reached in 2002 a new record production value of 11564 M€, more than 1% of the GDP, that’s explain why Spain and Italy are the leading countries for the overall ceramic activities in the E.U. The growth experimented for public works, building, and automotive branchs combined with the large efforts in R+D activities are in the basis of this success. All together branchs employ more than 100000 people in around 2600 companies
Nevertheless in the last two years, some figures from steel, cement and building activities indicates a tendency to less optimistic forecast, in which strong competence from countries like to China and Turkey must be envisaged. In this paper a summary of the more relevant figures from Spanish ceramic industry are showed with some indications on the new options to assure the future for the Spanish ceramic model.
Key words:
Ceramic production, tiles, enamels, refractories, glass, sanitary, bricks, raw materials, R+D activities
43[6]909-914.pdf (229 Kb) 