Fabricación, caracterización microestructural y propiedades mecánicas del carburo de silicio biomórfico

• Autores: F. M. Varela Feria
• Directores de la Tesis: Julián Martínez Fernández (dir. tes.), Antonio Ramírez de Arellano López (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2004
• Idioma: español
• Número de páginas: 302
• Tribunal Calificador de la Tesis: Manuel J. Jiménez (presid.), Alfonso Bravo León (secret.), Victor Orera Clemente (voc.), M. Singh (voc.), Pío Manuel González Fernández (voc.)
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Idus
• Resumen

  • El inicio de la investigación en nuevos materiales cerámicos está motivado por las limitaciones de las aleaciones metálicas para aplicaciones estructurales y/o en ambientes agresivos a altas temperaturas. Los materiales cerámicos poseen un punto de fusión más alto que los metales, lo que les permite soportar durante largos periodos de tiempo el efecto de la temperatura y los esfuerzos mecánicos. El desarrollo de materiales que puedan ser usados a temperaturas más altas que los metales (>1000 ºC) posee muchas ventajas y da lugar a nuevas aplicaciones; por ejemplo, un nuevo material que permita el aumento de la temperatura de trabajo de motores y turbinas, incrementaría la eficiencia del mismo y reduciría las emisiones de gases contaminantes.

    Cuando se habla del término �cerámicos�, inmediatamente se asocia a las cerámicas tradicionales. Sin embargo, los materiales denominados como �cerámicos avanzados� abarcan una amplia variedad de sustancias (SiC, Si3N4, Al2O3, ZrO2 mullita,�), las cuales juegan un papel muy destacado en la tecnología moderna debidos a sus altas prestaciones termomecánicas. Para la mayor parte de las aplicaciones, sin embargo, no es sencillo encontrar un método de fabricación de cerámicas monolíticas viable económicamente, versátil y adecuado al nivel tecnológico que se demanda. Los materiales cerámicos presentan, por esta razón, una serie de inconvenientes, entre los que destacan: la complejidad en la reproducibilidad de las piezas, la dificultad para obtener formas complejas, la necesidad de mecanizado final y las altas temperaturas de fabricación que requieren tecnologías caras.

    Dentro del gran desarrollo que se ha producido en el campo de la denominada cerámica avanzada, el carburo de silicio ocupa una posición preferente debido a sus buenas prestaciones. En efecto, sus especiales características cristalino-químicas, fundamentalmente su enlace de elevado carácter covalente, y morfológicas, hacen que sus propiedades de comportamiento sean notables tanto a baja como a alta temperatura. Entre estas propiedades destacan: elevada resistencia, bajo coeficiente de dilatación, alta resistencia a la abrasión y al ataque químico.

    Las cerámicas avanzadas de carburo de silicio son los principales materiales candidatos para muchas aplicaciones en la aeronáutica, motores, electricidad y electrónica, nuclear, industria refractaria, metalúrgica, mecanizado de los aceros y transporte. Gran parte de estas aplicaciones se encuentran implantadas industrialmente, no obstante, su utilización se encuentra dificultades por el elevado coste de producción asociados a los inconvenientes anteriormente mencionados. Es por ello, que se están realizando grandes esfuerzos en reducir estos costes en todas las etapas susceptibles de ello, dentro de los que se engloba el desarrollo de este trabajo de investigación.

    Durante la realización del presente trabajo se ha producido la implantación de la primera planta piloto de producción de carburo de silicio por infiltración reactiva de silicio en preformas de carbón procedentes precursores vegetales. El desarrollo de este nuevo procedimiento de fabricación de SiC disminuye los costes considerablemente y permite obtener cerámicas con formas complejas. Además, en la presente memoria se estudian los mecanismos presentes en el proceso de formación del carburo de silicio mediante infiltración reactiva y se definen los parámetros que permiten reducir los costes de producción, orientados a un escalado de éste a nivel industrial. También se evalúa el comportamiento mecánico de esta nueva cerámica comparándola con otros carburos de silicio comerciales.