Nuevas estrategias microestructurales para la mejora de la resistencia al desgaste de cerámicos avanzados de SiC

Abstract

El desgaste de los materiales es una de las causas principales de degradación del comportamiento de componentes en servicio en la industria, y por ello una parte importante de los recursos mundiales se destina a paliar sus efectos. Por ello es necesario desarrollar una nueva generación de materiales que siendo altamente resistentes al desgaste tengan también un coste razonable. Investigaciones recientes han permitido identificar a los cerámicos de SiC como candidatos muy prometedores para su uso en aplicaciones tribológicas. Con esto en mente, la finalidad de la presente Tesis Doctoral ha sido obtener nuevas directrices de procesado que inspiren el desarrollo de cerámicos avanzados de SiC sinterizados con fase líquida (LPS-­‐SiC) para aplicaciones tribológicas severas, con vistas a obtener menores ritmos de degradación y de abrir nuevas aplicaciones hasta ahora no posibles. Por una parte se han investigado nuevos efectos microestructurales sobre la resistencia al desgaste de cerámicos de LPS-­‐SiC y en particular, el efecto de la composición química de la fase intergranular en cerámicos con tamaño de grano submicrométrico, el efecto del precursor de la fase intergranular en cerámicos con tamaño de grano ultrafino fabricados mediante descarga eléctrica pulsada y el efecto del tratamiento de recocido en cerámicos con tamaño de grano nanométrico sinterizados mediante descarga eléctrica pulsada. Por otra parte, se ha analizado también el efecto de la microestructura (tamaño de grano y factor de aspecto de los granos de SiC, y contenido de fase intergranular) en la resistencia al desgaste del LPS-­‐SiC bajo lubricación de combustible diesel.

Wear of materials is one of the main causes of performance degradation of machine components in industry, and for this reason a significant part of the world´s resources is employed to mitigate its effects in one way or another. As a result of this, it is necessary to develop a new generation of materials that are both wear-­‐resistant and low-­‐cost. Recent research has pointed towards SiC-­‐based ceramics as promising tribomaterials due to their excellent combination of properties. With this in mind, this doctoral thesis is aimed at obtaining new processing guidelines for developing advanced liquid-­‐phase-­‐sintered SiC (LPS-­‐SiC) ceramics to be used in severe tribological applications, with a view to obtaining lower degradation rates and paving the way for new applications which are currently not viable. On the one hand, new microstructural effects on the sliding-­‐ wear resistance of LPS-­‐SiC have been investigated and in particular, the effect of intergranular-­‐phase chemical composition in submicrometer-­‐grained LPS-­‐SiC ceramics, the effect of the intergranular phase source in ultrafine-­‐grained LPS-­‐SiC ceramics densified by Spark Plasma Sintering (SPS) and the effect of annealing treatments in nanostructured LPS-­‐SiC ceramics. Moreover, the effect of microstructure (SiC grain size and shape, and intergranular phase content) on the sliding-­‐wear resistance of LPS-­‐SiC under diesel fuel lubrication has been analysed.