Síntesis y caracterización de cerámicas de ultra alta temperatura mediante un enfoque innovador de molienda mecánica y sinterización por descarga de plasma a baja temperatura

Abstract

"En el presente estudio, se investigaron dos cerámicas de ultra alta temperatura: TaC-WC y Ta-Re-B-WC. Ambas fueron sintetizadas por molienda mecánica y consolidadas mediante sinterización por descarga de plasma. La síntesis se realizó en condiciones ambientales durante 60 y 120 min para TaC-WC y a 240 min para Ta-Re-B-WC. Este proceso resultó en materiales con tamaños de partículas promedio de 1.4±0.9 µm, 0.9±0.6 µm y 1.2±1.3 µm, para TaC-WC-60, TaC-WC-120 y TaC-Re-B-WC, respectivamente. Similares a polvos comerciales empleados en diversos estudios. Los polvos fueron consolidados mediante sinterización por descarga de plasma, bajo una presión constante de 50 MPa y alcanzando una temperatura máxima de 1331 °C, menor a la reportada en la literatura. Lo que produjo materiales con densidades relativas elevadas, en el intervalo de 94-97%. La microdureza obtenida con una carga de 0.49 N fue de 27.9±0.6, 23.1±0.9 y 28.0±1.2 GPa, mientras que a una carga de 9.8 N, se registraron durezas Vickers de 17.7±0.8, 18.9±0.5 y 14.7±2.5 GPa, para TaC-WC-60, TaC-WC-120 y TaC-Re-B-WC, respectivamente. La muestra TaC-WC-60 exhibió una mayor dureza que se atribuye a su menor porosidad y mayor densidad. Los resultados presentados demuestran que la combinación de estas dos técnicas permite la obtención de cerámicas de ultra alta temperatura con densidad y dureza elevada a bajos tiempos de síntesis y a baja temperatura de consolidación. Lo que se traduce en un ahorro de costos de producción de los materiales."

"In the present study, two ultra-high temperature ceramics were investigated: TaCWC and TaC-R-B-WC. Both were synthesized by mechanical milling and consolidated by spark plasma sintering. The synthesis was performed under environmental conditions at 60 and 120 min for TaC-WC and at 240 min for TaC-Re-B-WC. This process yielded materials with an average particle size of 1.4±0.9 µm, 0.9±0.6 µm and 1.2±1.3 µm, for TaC-WC-60, TaC-WC-120 and TaC-Re-B-WC, respectively. Comparable to commercial powders used in various studies. The powders were consolidated by spark plasma sintering under a constant pressure of 50 MPa, reaching a maximum temperature of 1331 °C, lower than reported in literature, producing materials with high relative density in the range of 94-97%. Microhardness obtained with a load of 0.49 N was 27.9±0.6, 23.1±0.9 and 28.0±1.2 GPa, whilst at a load of 9.8 N, Vickers hardness of 17.7±0.8, 18.9±0.5 and 14.7±2.5 GPa were recorded for TaC-WC-60, TaC-WC-120 and TaC-Re-B-WC, respectively. TaC-WC-60 sample exhibited a higher hardness attributed to its lower porosity and higher density. The results presented demonstrate that the combination of these two techniques enables the production of ultra-high temperature ceramics with high density and hardness in short milling times and at a low consolidation temperature. This leads to cost saving in production of the materials. "