Tesis:
Comportamiento mecánico de materiales celulares de carburo de silicio
- Autor: PRESAS MATA, Marina
- Título: Comportamiento mecánico de materiales celulares de carburo de silicio
- Fecha: 2008
- Materia: Ciencia y tecnología de materiales
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
- Departamentos: CIENCIA DE LOS MATERIALES
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/1264
- Director/a 1º: LLORCA MARTÍNEZ, Javier
- Director/a 2º: PASTOR CAÑO, José Ygnacio
- Resumen: Los materiales cerámicos celulares tienen un gran número de aplicaciones tecnológicas potenciales y pueden ser decisivos en multitud de procesos industriales a alta temperatura. Esto ha provocado que en los últimos años se hayan iniciado investigaciones sobre las propiedades mecánicas de dichos materiales: la alúmina, la cordierita, el SiC… La información disponible hasta el momento es muy limitada ya que los estudios se han centrado sobre todo en su comportamiento mecánico a temperatura ambiente. Esta tesis analiza detalladamente la relación entre las propiedades mecánicas del SiC celular (módulo de elasticidad, resistencia a compresión, resistencia a flexión y tenacidad de fractura) y su microestructura. Asimismo, también se analiza la evolución de su comportamiento mecánico con la temperatura (entre 25 y 1400 °C). Los dos tipos de SiC celular que se eligieron para la investigación son las espumas Duocel de SiC y el SiC biomórfico. El análisis del comportamiento mecánico realizado sobre el SiC Duocel, fabricado mediante pirólisis de espumas de poliuretano reticuladas y posterior recubrimiento con SiC mediante la técnica de CVD (Chemical Vapour Deposition), mostró que las propiedades no se degradan ni aparecen efectos de corrosión bajo tensión ni de fluencia a1200 °C. La investigación llevada a cabo sobre las espumas de SiC mostró que el principal factor que afecta a su comportamiento mecánico a temperatura ambiente es la densidad real del SiC Duocel, modulada por un factor microestructural de tipo geométrico: la esbeltez de las barras que componen la microestructura. A alta temperatura (a partir de los 1400 °C), la aparición de fenómenos de oxidación y corrosión bajo tensión dio lugar a una rápida degradación de sus propiedades mecánicas. Por último, se estudió el comportamiento mecánico de SiC biomórfico, fabricado mediante pirólisis de dos tipos de madera (eucalipto y haya) y posterior infiltración de la preforma de carbono obtenida con silicio líquido a 1550 °C en vacío. Esta investigación mostró que el principal factor que controla el comportamiento mecánico a temperatura ambiente es la densidad (o porosidad); mientras que la presencia de carbono residual controla las propiedades mecánicas a alta temperatura. Los materiales sin carbono residual mantienen el valor de la resistencia a flexión y a compresión sin degradarse hasta los 1350 °C, mientras que aquéllos que contienen carbono residual en su microestructura después de su procesado mostraron una reducción dramática de estas dos propiedades mecánicas con la temperatura. Cellular ceramic materials have a large number of potential technological applications and can be decisive in many industrial high temperature processes. This has caused that, in the last years, researches about mechanical properties of these materials (alumina, cordierite, silicon carbide…) have been begun. Information available until this moment is very limited, because studies have been centred above all on their mechanical behaviour at ambient temperature. This thesis analyzes in detail the relationship between the mechanical properties of cellular SiC (elastic modulus, compression strength, flexure strength and fracture toughness) and its microstructure. Likewise, the evolution of its mechanical behaviour with temperature (between 25 and 1400 °C) is also analysed. The two kinds of cellular SiC that were selected for this investigation were Duocel SiC foams and biomorphic SiC. The analysis of mechanical behaviour done on Duocel SiC, processed by pirolysis of polyurethane reticulated foams and coating with SiC with the CVD technique (Chemical Vapour Deposition), showed that neither properties are degraded nor corrosion or creep effects appear at 1200 °C. The investigation carried out on SiC foams determined that main factor that affects their mechanical behaviour at ambient temperature is the real density of Duocel SiC, modulated by other geometrical microstructural factor: the slenderness of the bars that make up the microstructure. At high temperature (from 1400 °C), the appearance of oxidation and corrosion under stress phenomenon caused a rapid degradation of mechanical properties. At last, it was studied the mechanical behaviour of biomorphic SiC, processed by pyrolisis of two kind of woods (eucalyptus and beech) and subsequent infiltration of the carbon preform obtained with liquid silicon at 1550 °C in void. This research showed that the main factor that controls the mechanical behaviour at ambient temperature is the density (or porosity); while the presence of residual carbon controls the mechanical properties at high temperature. Materials without residual carbon keep the flexure and compressive strength value up to 1350 °C without degradation, while those that have residual carbon in their microstructure after their fabrication showed a dramatic reduction of these mechanical properties with temperature.