Influencia de la adición de nanoestructuras de grafeno en el comportamiento de cerámicos avanzados sometidos a flexión

Abstract

Actualmente, uno de los campos de investigación más activos es la modificación de las propiedades de materiales cerámicos avanzados para así introducirlos en nuevas aplicaciones que permitan el avance de la sociedad. Uno de estos materiales es la circona (ZrO2), a la que se suelen añadir sustancias dopantes para estabilizar las estructuras tetragonal o cúbica a temperatura ambiente. Esta mejora o modificación de propiedades se ha comprobado que se puede conseguir con la adición de refuerzos, entre los que destacan las nanoestructuras derivadas del grafeno. Es por ello que en este TFG se han estudiado materiales compuestos de matriz 3YTZP (circona tetragonal estabilizada con un 3% molar de itria) a la que se le han añadido distintas nanoestructuras de grafeno (GNP o FLG). Se han preparado probetas con varios contenidos de refuerzo (1, 2,5 y 5% vol.) y se han utilizado diferentes métodos de procesado (sonda de ultrasonidos, baño de ultrasonidos y molino húmedo) con el fin de estudiar su influencia en la microestructura y propiedades del material final. Las probetas se han fabricado mediante sinterización por chispa de plasma (SPS), y se ha caracterizado su microestructura con microscopía electrónica de barrido (SEM). Después, se han mecanizado en forma de prismas rectangulares con caras paralelas con el fin de estudiar su resistencia a flexión a temperatura ambiente mediante ensayos de flexión en 3 puntos. Se han conseguido ligeras mejoras de la resistencia a flexión con el empleo de cantidades 1-2,5% vol. FLG, mientras que para el resto de contenidos y nanoestructuras la resistencia a flexión disminuye. Además, la adición de un 5% vol. de nanoestructuras reduce la dispersión de los resultados de resistencia a flexión, por lo que aumenta la reproducibilidad de los ensayos. Tras los ensayos de flexión, las superficies de fractura se observaron mediante microscopía confocal y SEM. La rugosidad de las superficies aumentaba al añadir nanoestructuras, lo que se relaciona con una disminución de la fragilidad de la matriz cerámica. Por último, las observaciones con SEM permitieron identificar algunos mecanismos microscópicos de refuerzo proporcionados por las nanoestructuras como desviación o bifurcación de grietas.