Resumen de Fabricación y comportamiento mecánico a alta temperatura de BaCe (Y, Yb)O3
En este trabajo se estudia la fabricación y la caracterización estructural, microestructural y mecánica de compuestos de BaCeO3 dopado con itrio e iterbio (contenidos de 0-20 at%). Estos compuestos son de tipo perovskita (ABO3), donde el dopado con cationes trivalentes sustituyen a los cationes B4+ introduciendo simultáneamente vacantes de oxígeno por compensación de carga. En presencia de atmósferas con vapor de agua o hidrógeno, estas vacantes crean defectos protónicos, que presentan una alta movilidad a temperaturas intermedias y altas. Por tanto, esta clase de materiales tienen un gran potencial como electrolitos en las pilas de combustible de óxido sólido (Solid Oxide Fuel Cells, SOFC) operando a temperaturas T ? 500 ^(o)C, cuya tecnología se presenta como una alternativa válida dentro de las nuevas fuentes de energías limpias y eficaces.
El trabajo se puede dividir en dos grandes bloques. El primer bloque se dedica a la fabricación y caracterización de estos compuestos, y el segundo al estudio de su comportamiento mecánico a temperaturas elevadas.
En el primer bloque se desarrolla el método empleado para su fabricación por reacción en estado sólido y sinterización a alta temperatura a partir de los óxidos precursores BaCO3, CeO2, Y2O3 e Yb2O3. Los materiales producidos en cada etapa del proceso de fabricación (molienda, calcinación, segunda molienda y sinterización) se han caracterizado mediante diversas técnicas: termogravimetría, difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido y transmisión, etc. Los resultados más destacados de esta parte son la ausencia de modificaciones en el volumen de la celda unidad ortorrómbica con el contenido de dopado y la variación compleja del tamaño de grano de los compuestos sinterizados con la concentración de dopado, que alcanza una microestructura muy uniforme y de tamaño de grano medio de 0.5 ?m para 5 at% Y e Yb.
El segundo bloque se ha dedicado al estudio del comportamiento mecánico a altas temperaturas, principalmente de los compuestos de 5 at% de Y e Yb por su tamaño de grano submicrométrico, mediante ensayos de compresión a velocidad de deformación constante y a carga constante. Se ha encontrado una transición de un comportamiento frágil a uno de alta plasticidad a medida que disminuye la velocidad de deformación o la carga, y aumenta la temperatura. En el régimen dúctil se han alcanzado grandes deformaciones macroscópicas sin daño aparente de los materiales, indicando un comportamiento superplástico. Los valores del exponente de tensión medidos en el estado estacionario y la ausencia de cambios microestructurales relevantes en las muestras ensayadas en estas condiciones apoyan que la deformación plástica estacionaria tiene lugar por deslizamiento de fronteras de grano. Adicionalmente, se ha observado la presencia sistemática de un máximo de tensión en las curvas tensión-deformación antes de alcanzar el estado estacionario, su valor y posición dependen de la temperatura y de la velocidad impuesta. Este fenómeno no se ha observado anteriormente en materiales cerámicos superplásticos, siendo muy similar al encontrado en el conformado en caliente de metales con baja energía de apilamiento. Se ha propuesto un modelo basado en la interacción dislocaciones-maclas que da cuenta de los hechos observados.
