Compositos densos de zirconia con un alto contenido de nanotubos de carbono

G. SUAREZ; M. ESTILI; YOSHIO SAKKA; N. RENDTORFF; E. AGLIETTI

Viña del Mar

Congreso; CONAMET SAM 2012, 12º congreso Bi Nacional de Materiales y metalurgia; 2012

Departamento de Ciencia de Materiales de la Universidad Técnica Federico Santa María.

A partir de 1991, el estudio de los nanotubos de carbono (NTC) se expandió notablemente en la investigación de materiales1. El autor postula su posible aplicación a diferentes sistemas con un esperado mejoramiento en muchas de las propiedades termo-mecánicas. En la última década el estudio de materiales compuestos conteniendo estas fibras se ha expandido exponencialmente, pero aun existen muchos problemas para obtener una homogénea dispersión y distribución de los nanotubos de carbono en la matriz que los contienen debido a las características superficiales de las fibras y su difícil dispersión en agua. Finalmente, estos inconvenientes se evidencian en una incompleta sinterización del material final. En el presenta trabajo se presenta una técnica de modificación superficial de los NTC a fin de lograr una buena dispersión y distribución de los mismos en el material final con una concentración final de 24% en vol. (10% en peso) y una completa sinterización con Spark Plasma Sintering (SPS). Se midió la densidad por el método de Arquímedes y se evaluó la microestructura por microscopia electrónica de barrido (MEB). Los nanotubos de carbono, al ser atacados por una mezcla sulfonítrica a 110ºC, sufren la ruptura oxidativa de algunas uniones carbono-carbono2 generando grupos carboxílicos en la superficie que permiten generar un potencial zeta altamente negativo incluso a pH acido y en consecuencia, una buena dispersión de los mismos en suspensión acuosa. La zirconia, por otra parte, presenta un potencial zeta en medio ácido altamente positivo. Por consiguiente, es posible generar dos suspensiones a pH acido, ambas con muy buena dispersión pero ambas con una carga superficial alta y de diferente signo. La mezcla de estas suspensiones genera la hetero-coagulación del sistema generando un material compuesto en agua. Si se lava adecuadamente y se seca, se obtiene un polvo cerámico de nanotubos de carbono rodeado de partículas de zirconia listo para sinterizar por SPS. Se observó por MEB una distribución pareja y homogénea de los NTC en la matriz de zirconia. Se sinterizaron los polvos de material compuesto por SPS a 1300ºC, con 100MPa de presión y por 30 minutos. La densidad final observada es mayor al 99% de la teórica y la distribución de fibras continua siendo homogénea.