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Materiales compuestos cerámica/metal: efecto del tamaño de la fase metálica (micro o nanométrico) sobre las propiedades mecánicas
| Content Provider | Semantic Scholar |
|---|---|
| Author | Suárez, Teresa Rodríguez |
| Copyright Year | 2014 |
| Abstract | En esta tesis doctoral se ha realizado una investigacion sobre nuevos materiales compuestos micro/nanoestructurados ceramica/metal de elevada dureza. El interes mas inmediato de estos materiales nanoestructurados con elevada dureza se encuentra en las herramientas de corte y mecanizado. Se estan dedicando muchos esfuerzos al diseno de materiales superduros (con durezas superiores a los 25 GPa). A pesar de que el diamante es el material mas duro conocido, y es irreemplazable en herramientas de desbastado, taladros, herramientas de corte para cementos, piedras de pulido, y herramientas de mecanizado, presenta el gran inconveniente de reaccionar con el Fe y el Si, por lo que no puede ser empleado en una aplicacion tan demandada por la industria como es el mecanizado del acero. Por esta causa, durante los ultimos 20 anos se han venido estudiando otros materiales superduros alternativos como son los carburos, nitruros y boruros. Sin embargo, presentan otro gran inconveniente y es que durante la sintesis de estos materiales intrinsecamente duros se precisan condiciones extremas de presion y temperatura. En ocasiones, se requieren herramientas con formas muy especificas, como ruedas dentadas, que presentan ciertos relieves y perfiles intrincados dificiles de mecanizar. Si los materiales son conductores, se hace posible la mecanizacion por descargas electricas o EDM, siglas que provienen del ingles "Electro Discharge Machining". Para muchos sistemas, la solucion ha sido la adicion de una tercera fase al sistema ceramica/metal que lo haga conductor, como por ejemplo, el TiC. Principalmente se han buscado sistemas compuestos nanoestructurados, donde el metal era W o Ni, ya que poseen modulos de cizalladura (G) elevados y, por tanto, a nivel nanometrico elevan la dureza del material cuando el contenido metalico se encuentra entre 2 y 3% vol., tal como predice un modelo teorico propuesto sobre la base de la ley de las mezclas, el efecto Hall-Petch y la teoria de la percolacion. Las matrices seleccionadas fueron ceramicas oxidicas, por presentar mayor estabilidad que las no oxidicas y, ademas de ser quimicamente compatibles con el metal, ambos se han seleccionado de modo que presentaron coeficientes de dilatacion termica similares para evitar la presencia de tensiones residuales en el compacto final. Los sistemas objeto de estudio fueron: MgAI2O4/W, AI2O3/W y AI2O3/Ni. Para el caso de MgAI2O4/W, al ser un sistema totalmente novedoso, del que no se puede encontrar ninguna cita bibliografica previa sobre su procesamiento y/o propiedades mecanicas, su estudio se abordo inicialmente a escala micrometrica, para poder establecer posteriormente comparaciones con la escala nanometrica. Para los otros dos sistemas de base alumina se abordo el estudio directamente a escala nanometrica. Para todos los materiales se eligieron procesamientos por via humeda. El sistema MgAI2O4/W resulto ser muy interesante por las excelentes propiedades mecanicas que presenta, en especial comportamiento curva-R, tolerancia a los defectos y alta resistencia a la propagacion subcritica de grietas. Se observo una perfecta continuidad estructural en la interfase entre la ceramica y el metal tanto a nivel micrometrico como nanometrico, en este ultimo caso se ha observado crecimiento epitaxial de las nanoparticulas de W sobre la matriz ceramica. Para la sintetizacion de los nanomateriales se empleo la novedosa tecnica del SPS ("Spark Plasma Sintering") que presenta la peculiaridad de requerir temperaturas y tiempos de sinterizacion inferiores a los requeridos para las tecnicas de sinetrizacion convencionales, por lo que tras la consolidacion del material se retiene el tamano nanoestructurado del polvo ceramica/metal procesado. En el caso de los materiales de W se presentaron diversos problemas para la sinterizacion por falta de densidad y contaminacion con C formandose W2C durante consolidacion de los materiales. Por el contrario, ninguno de estos problemas se presentaron para los materiales desarrollados cuando la 2a fase era Ni. En el caso del sistema AI2O3/Ni se obtuvo un material con dureza de 25 GPa para la composicion del 2.5 % vol., por lo que se le adiciono una tercera fase de TiC, que lo convirtio en un buen conductor electrico y, por tanto, electromecanizable, que presento valores de conductividad termica superiores a los de la alumina a temperaturas superiores a 500o C. El material de AI2O3/Ni, con la adicion de una 3a fase de TiC resulto ser un material que cumple con las prioridades mecanicas que actualmente presentan las herramientas de corte y/o mecanizado del acero. |
| File Format | PDF HTM / HTML |
| Alternate Webpage(s) | https://repositorio.uam.es/bitstream/handle/10486/3149/5310_rodriguez_suarez.pdf?isAllowed=y&sequence=1 |
| Language | English |
| Access Restriction | Open |
| Content Type | Text |
| Resource Type | Article |
