Desarrollo de nuevos materiales cerámicos

Los materiales cerámicos se utilizan mucho por su resistencia a la corrosión, al desgaste y a las altas temperaturas. Son un material potencial de alto rendimiento que puede sustituir a los materiales metálicos y utilizarse en entornos difíciles. Sin embargo, debido a la fragilidad inherente a los materiales cerámicos, su campo de aplicación práctica es limitado. Con el progreso continuo de la ciencia y la tecnología, los nuevos materiales cerámicos tienen una nueva dirección de desarrollo.

Compuestos cerámicos reforzados con bigotes

Los bigotes cerámicos son fibras monocristalinas de diámetro muy pequeño. Generalmente, su longitud es cientos de veces su diámetro, y suelen crecer por el método de fase gaseosa. Los bigotes tienen pocos defectos, por lo que su resistencia mecánica es muy alta, y su resistencia a la tracción puede acercarse a la resistencia teórica de los cristales puros. La resistencia de los bigotes está estrechamente relacionada con su grosor. Cuanto más gruesos sean los bigotes, menor será su resistencia, por lo que cuanto menor sea el diámetro de los bigotes, mejor. Como los whiskers tienen las características de alta resistencia, baja densidad y resistencia al calor, se utilizan a menudo como materiales de refuerzo. Los bigotes más utilizados son los de Al2O3, SiC y Si3N4, grafito, etc. El refuerzo con whiskers es un medio eficaz para mejorar las propiedades mecánicas a alta temperatura y la estabilidad al choque térmico de los materiales cerámicos.

Compuesto nanocerámico

Los materiales compuestos nanocerámicos se desarrollaron a mediados de los años ochenta. Los compuestos nanocerámicos pueden dividirse en tres categorías: intragranulares, intergranulares y nano/nanocompuestos. Las partículas a nanoescala de los dos primeros tipos de nanocompuestos se dispersan principalmente dentro o entre los granos de la matriz, y su principal objetivo es mejorar las propiedades mecánicas a alta temperatura. Los nano/nanocompuestos se componen de dispersiones a nanoescala y granos de matriz, con el objetivo de añadir ciertas funciones nuevas a la cerámica, como la procesabilidad y la superplasticidad. El tamaño del grano, la anchura del límite del grano, la distribución de la segunda fase, el tamaño de los poros y los defectos de los materiales compuestos nanocerámicos están limitados al nivel de 100 nm. La reducción del tamaño de grano duplicará las propiedades mecánicas del material.

Materiales compuestos cerámicos de alto rendimiento

La composición de los materiales compuestos con gradiente de rendimiento cambia gradualmente de un lado a otro. El cambio en la composición provoca un cambio gradual en el rendimiento (o función) del material. Este material es uno de los llamados materiales con gradiente de rendimiento (denominados materiales funcionales inclinados en Japón). Se trata de un nuevo material desarrollado por Japón a mediados de la década de 1980. El material de gradiente de rendimiento es un material de relajación de tensiones térmicas. Se desarrolla para aplicaciones prácticas que requieren que una cara del material sea resistente al calor y a la oxidación, mientras que la otra cara (cara fría) debe ser resistente y poder aliviar y soportar la tensión térmica. Es un nuevo concepto de material diferente de los materiales compuestos homogéneos tradicionales.