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Título

Solidificación direccional por zona flotante con láser y caracterización de barras eutécticas del sistema Al2O3-Er2O3-ZrO2

AutorMesa, M. Cristina
DirectorOliete, Patricia B.
Fecha de publicación2013
EditorUniversidad de Zaragoza
ResumenLa escasez de los combustibles fósiles así como la alta emisión de contaminantes que éstos producen hacen necesario un cambio tecnológico para poder mantener un desarrollo sostenible. Junto con la búsqueda y desarrollo de energías renovables, una solución supone aumentar la eficiencia del sistema convencional de obtención de energía eléctrica a partir de la combustión. Dicha eficiencia viene limitada por el ciclo térmico de Carnot, al aumentar la temperatura de trabajo aumenta la eficiencia, reduciéndose la emisión de gases contaminantes. Este resultado ha impulsado la investigación en materiales estructurales que puedan trabajar a temperaturas muy elevadas para mejorar la eficiencia térmica en motores en aeronáutica y otras turbinas de gas de alta eficiencia. El desarrollo de las superaleaciones metálicas, capaces de soportar durante periodos de tiempo dilatados el efecto de temperatura, oxidación y los esfuerzos mecánicos, han permitido ampliar la temperatura de trabajo hasta ~ 1000º C. En principio, las cerámicas son los candidatos ideales para superar el límite de utilización de las superaleaciones metálicas. Numerosas investigaciones se han centrado en el estudio de las propiedades mecánicas y microestructurales de materiales cerámicos que, con un elevado punto de fusión y excelente estabilidad química, permiten trabajar en condiciones extremas de temperaturas y oxidación. Una estrategia seguida en los últimos años para mejorar las propiedades mecánicas de las cerámicas consiste en utilizar materiales cerámicos eutécticos, que permite fabricar microcomposites cerámicos obtenidos in situ. En el caso de los materiales cerámicos para aplicaciones a altas temperaturas, uno de los mejores candidatos corresponde a los eutécticos solidificados direccionalmente basados en Al2O3, debido a una excelente resistencia mecánica a la fluencia junto con una buena estabilidad microestructural y resistencia a la degradación ambiental a elevadas temperaturas. De ahí que el objetivo principal de esta tesis doctoral ha sido el desarrollo de materiales cerámicos eutécticos nanoestructurados basados en Al2O3 con elevadas prestaciones estructurales y funcionales para aplicaciones a alta temperatura. De entre los posibles sistemas binarios y ternarios con Al2O3 se han elegido aquellos que incorporan óxidos de tierras raras en su composición eutéctica, concretamente Er2O3. En estos materiales, además de las buenas propiedades estructurales a altas temperaturas del que les dota la fase Al2O3, la incorporación de óxidos de tierras raras hace que aparezcan interesantes propiedades ópticas, permitiendo así ampliar su campo de aplicación.
Cuando los iones de tierras raras son excitados térmicamente, poseen bandas intensas de emisión coincidentes con la región sensible de algunas células fotovoltaicas; esto hace que estas cerámicas eutécticas resulten prometedoras como material emisor en dispositivos termofotovoltaicos. Por tanto, los materiales procesados y caracterizados en esta tesis han sido barras eutécticas del sistema Al2O3-Er2O3-ZrO2, en particular, barras del eutéctico binario Al2O3-Er3Al5O12 y del eutéctico ternario Al2O3-Er3Al5O12-ZrO2. Las principales labores llevadas a cabo para la realización de esta tesis doctoral se pueden dividir en dos partes, la fabricación de las barras cerámicas eutécticas y la caracterización de las mismas.
URIhttp://hdl.handle.net/10261/121685
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