Synthesis, structural characterization, and mechanical properties of advanced ceramics prepared via sol-gel

Esta tesis doctoral comprende una serie de artículos enfocados en la fabricación de materiales cerámicos (principalmente alúmina, pero también circona) reforzados con nanofases de carbono (grafeno y nanotubos de carbono). La base de la tesis consiste en la preparación de cerámicas avanzadas mediante la técnica sol-gel, y su caracterización estructural y mecánica. En concreto, la investigación se centra en la preparación de cerámicas de alúmina reforzadas con diferentes fases carbonosas, como nanotubos de carbono o grafeno. El objetivo era determinar las condiciones de preparación de los compuestos cerámicos que conduzcan a la mejora de ciertas propiedades mecánicas, como la reducción de la inherente fragilidad de las cerámicas. El trabajo experimental incluye la síntesis de polvos cerámicos mediante el método sol-gel y otras técnicas convencionales, así como formas tradicionales y avanzadas de sinterización. Se realizaron caracterizaciones estructurales de las muestras en diferentes etapas y se midieron sus propiedades mecánicas. Para todo esto, se empleó una amplia variedad de técnicas, que incluyen rutas óptimas de procesamiento sol-gel para maximizar la dispersión de nanofases de carbono, densificación mediante Sinterización de Chispa de Plasma (SPS), microscopía electrónica de barrido y transmisión (SEM y TEM), difracción de rayos X, espectroscopía Raman, indentación Vickers y nanoindentación. Además, también se consideró un enfoque de simulación estructural para explorar y discutir, desde un punto de vista geométrico, la distribución espacial de la fase de refuerzo dentro de la matriz y la viabilidad de lograr distribuciones perfectas de alótropos de carbono nanoestructurados incrustados en una matriz cerámica en función del contenido de carbono. Los resultados experimentales y teóricos sugieren que una ruta basada en sol-gel de boehmita seguida de una sinterización reactiva-SPS es un método efectivo, económico y rápido para producir piezas de α-alúmina de alta densidad. Además, también se observó que las cantidades de nanofases de carbono típicamente utilizadas por la comunidad científica para reforzar matrices cerámicas no pueden generar dispersiones homogéneas de las fases de refuerzo, lo que hace imposible lograr aumentos significativos en las propiedades mecánicas de los compuestos cerámicos completamente densificados. Además, se encontró que la microestructura de las cerámicas era crucial para sus propiedades mecánicas. En general, esta investigación ha contribuido a la comprensión del candidato sobre la preparación, caracterización microestructural y mecánica, y simulación estructural de compuestos de matriz cerámica avanzada.

Author dc:creator

• Rivero Antúnez, Pedro

Advisor dc:contributor.advisor

• Morales Flórez, Víctor

Statement dc:rights

• Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacional

Licence dc:rights.uri

• http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/

Language dc:language.iso

eng

Handle dc:identifier.uri

https://hdl.handle.net/11441/147890

OAI identifier oai:identifier

oai:idus.us.es:11441/147890