Lunes, 24 de abril de 2017

Síguenos en:


25ene

Supercerámica diez veces más resistente que el acero desarrollada


  • Compártelo en Digg
  • Añádelo a del.icio.us
  • Menéalo
  • Facebook
  • Twitter
  • Envíalo por correo electrónico

El nuevo compuesto cerámico está formado por una mezcla eutéctica de óxidos: alumina (Al2O3), circona (ZrO2) e itria (Y2O3) y ha sido procesado mediante solidificación a partir de un fundido por láser. La extraordinaria resistencia del material se debe al reducido tamaño de los cristales que lo componen y a su distribución homogénea conseguidos a partir de una técnica desarrollada en el ICMA que permite producir cerámicas “nanoeutécticas”.

Al reducir el tamaño de la microestructura de los materiales se pueden volver mucho más resistentes. En este caso el material desarrollado es una mezcla densa de fibras cristalinas y perfectamente orientadas de alúmina, YAG (Y3Al5O12) y circona estabilizada, de menos de doscientos nanómetros de sección (ver figura).

Las propiedades mecánicas han sido medidas en el grupo de Javier Llorca de la Universidad Politécnica de Madrid y se espera que conserven su resistencia mecánica hasta muy alta temperatura, por encima de 1500ºC lo que es un gran avance en materiales estructurales no ya porque sea diez veces más resistente que el acero convencional de construcción, que aguanta 400 MPa, o incluso el doble que el mejor acero ultraresistente que se utiliza para los puentes colgantes, que llega a 2.000 MPa, sino porque además conservaría sus propiedades mecánicas muy por encima del acero que deja de servir a más de 700ºC. La máxima temperatura de trabajo para los materiales estructurales hoy en día está en los 1.200 grados de las superaleaciones de níquel.

 

En la imagen: Microfotografía obtenida por Microscopia Electrónica de Transmisión de una sección longitudinal de una barra de material eutéctico mostrando las nanofibras monocristalinas. Naranja: YAG, verde: Alúmina, gris: Zirconia

La energía en las cerámicas de alta temperatura

El principal interés de estas cerámicas de alta temperatura está en el campo de la energía. Las máquinas térmicas actuales trabajan con rendimientos menores del 50% por lo que al menos la mitad de la energía producida se desperdicia en forma de calor. La situación en un automóvil es aún más descorazonadora pues de cada cuatro litros de gasolina que se consumen solo uno se aprovecha en producir movimiento. La única forma de incrementar el rendimiento es subir la temperatura de trabajo y eso solo se puede conseguir con el descubrimiento de nuevos materiales que en forma de piezas masivas o de recubrimientos permitan operar a mayores temperaturas con el consiguiente ahorro energético y menor emisión de contaminantes a la atmósfera. Esta nueva cerámica, se ha dado a conocer en la revista científica Advanced Materials.

El grupo del ICMA está aplicando este nuevo concepto que permite fabricar cerámicas nanoeutécticas no solo al caso de materiales estructurales sino también al de catalizadores y Pilas de Combustible. Se ha conseguido la producción de cilindros y placas de cermets (compuesto de cerámica y metal) porosos con microestructura de tamaño submicrométrico con mayor estabilidad que los convencionales y previsiblemente también con mayor actividad catalítica.

La utilidad de estos productos están en la fabricación de Pilas de óxido cerámico o SOFC que son hoy día los sistemas más eficientes para producir energía electrica a partir de un combustible que puede ser desde hidrógeno hasta metanol, etanol gas natural, encontrándose eficiencias con cogeneración de hasta un 85%.

El grupo del ICMA participa con sus SOFC en diversos proyectos industriales destacando un CENIT con varias industrias aeronáuticas, de baterías y de transporte españolas, un PROFIT con CEGASA y un convenio para la explotación tecnológica de los cermets porosos con la multinacional Saint Gobain.

Autor: Víctor Orera

Grupo de investigación en este tema:

  • José I. Peña
  • A. Larrea
  • P.B. Oliete
  • R.I. Merino
  • J.C. Diez
  • V.M. Orera
  • F. Ester
  • R. Campana

Referencias:

Patricia B. Oliete, José Ignacio Peña, Angel Larrea, Victor M. Orera, Javier LLorca, José Ygnacio Pastor, Antonia Martín, and Javier Segurado, Adv. Mat (2007)

Fecha Aragón Investiga: 28/05/2007


Ficheros adjuntos


   Victor.orera(1).JPG