Materiales funcionales y estructurales basados en hexaluminato de calcio

Abstract

En este trabajo se estudia la obtención de materiales basados en hexaluminato de calcio (CA6) empleando diferentes métodos de procesamiento y de síntesis y sinterización. El hexaluminato de calcio es un material muy versátil utilizado para gran variedad de aplicaciones como son la siderurgia, en balística, armamento, etc. Por ello, se han explorado diferentes métodos de síntesis y sinterización de manera que se pueda controlar su formación y propiedades. Los métodos de síntesis convencionales emplean ciclos muy largos para la formación de hexaluminato de calcio que en muchos casos no permiten la formación completa del mismo. Para solventar este problema se ha llevado a cabo la sinterización reactiva de hexaluminato de calcio mediante Spark Plasma Sintering (SPS) por mezcla de polvos, método no estudiado para este sistema hasta el momento. Los resultados obtenidos muestran que mediante el estudio de las variables de sinterización se obtiene CA6 con un porcentaje superior al 90% en ciclos muy cortos (30 min). Debido a las posiciones que ocupan los átomos en el hexaluminato de calcio, se forma un amplio rango se soluciones sólidas dentro de su estructura cristalina. En este trabajo se ha estudiado el mecanismo de solución sólida de Fe3+ mediante la sustitución de Al3+ por Fe3+ en la estructura cristalina del CA6 dentro del diagrama de fases ternario CaO-Al2O3-Fe2O3 mediante diferentes métodos de procesamiento: mezcla de polvos, pva y sol-gel. Los resultados obtenidos muestran que mediante los distintos métodos de procesamiento se modifica el porcentaje de solución sólida del Fe3+. El CA6 presenta propiedades mecánicas poco favorables para aplicaciones estructurales como el armamento, balística, etc. Este problema se puede solventar mediante la formación de composites con segundas fases cerámicas y la introducción de fases vítreas durante la sinterización del material cerámico que aporten las propiedades mecánicas necesarias para este tipo de aplicaciones. En este trabajo se realiza un análisis de las propiedades mecánicas (dureza, resistencia a la fractura, tenacidad y fluencia) de composites en el sistema ternario CaO-SiO2-Al2O3 (con y sin vidrio). Los resultados obtenidos muestran que la introducción de una fase vítrea (fase blanda) mejora considerablemente las propiedades mecánicas, haciéndolo un material adecuado para las aplicaciones citadas.