Resulta interesante, para la protección de cerámicas estructurales, compuestos C-C y substratos metálicos, la obtención de recubrimientos cerámicos que a su vez protejan a aquellos de los ambientes altamente oxidantes y corrosivos, reduzcan la fricción y mejoren el desgaste de las estructuras subyacentes. En este sentido, algunos investigadores han obtenido una capa de compuesto cerámico tenaz, por la deposición de vapor químico, simultánea, de una matriz de SiC (carburo de silicio) y una fase dispersa de TiSi2 (disiliciuro de titanio).
Dicho recubrimiento resulta estar altamente densificado, no resquebrajándose por la acción del material substrato.
Asimismo, dichos investigadores han podido comprobar que, la tenacidad de los recubrimientos compuestos (compositas) se controla por su microestructura y las propiedades de la fase dispersa, además de por la diferencia de expansión térmica (dilataciones) entre las dos fases. Al controlar la cantidad y la composición de la fase dispersa, se puede ajustar la dilatación del recubrimiento a la del substrato.
La elección de los materiales para la fase dispersa es amplia y se están investigando metales y carburos metálicos (Ni, Cr, W y Mo) más los compuestos Si3N4, TIC, TiN, y BN Este proceso se considera eficaz por las siguientes razones:
- No precisar de procesos de sinterización
- No existir impurezas
- Las compositas (cerámica/cerámica) se pueden fabricar a temperaturas considerablemente más bajas que con los procesos convencionales.
- Las fases gaseosas empleadas, particularmente el SiC y S3N4, son relativamente poco expansibles.
- Menores costes del material de substrato, particularmente en aquellas aplicaciones en donde la capa presente una protección adecuada a la corrosión y a la erosión.
Composita cerámica/acero
Este recubrimiento (material compuesto) resulta adecuado siempre que se deseen mejorar las propiedades de resistencia al desgaste de un substrato de acero. En la actualidad aún se sigue desarrollado para mejorar la resistencia a la erosión y abrasión de su maquinaria.
Algunos ensayos preliminares han revelado que las fundiciones, con el recubrimiento en estudio, alcanzan cuatro veces más resistencia al desgaste que el carburo de wolframio (WC) y 35 veces mayor resistencia (duración) que la de un acero templado. En estas condiciones, la referida composita encuentra su aplicación en elementos tales como, martillos, parrillas y martillos de molinos, dientes de trituradoras y cizallas, cribas rotativas, en ciertos transportadores de material abrasivo, minería en general, producción de áridos y agregados, etc.
En líneas generales, el material compuesto en cuestión se obtiene embebiendo partículas cerámicas, de composición adecuada, en aceros. Se está tratando de determinar el mejor proceso técnico a emplear, fusión, forja o laminación; asimismo, se está intentando que las partículas elegidas se embeban en amplias zonas de las piezas a tratar, con propiedades de resistencia al desgaste cualesquiera que sean las condiciones ambientales.
Cerámicas orgánicas precursoras
Existen ciertos polímeros que pueden convertirse en materiales cerámicos por medio de procesos tales como el de calcinación. Así, por ejemplo, el polititanocarbosilano (PTCS), polímero órgano metálico, se convierte por calcinación rotativa en fibras cerámicas ricas en Ti, resistentes a temperaturas de hasta 1200°C. El material así obtenido reforzado con Al posee una resistencia a la tracción de hasta 100 kg/mm2, comparable a la de la chapa de acero de alta resistencia utilizada en los reactores nucleares.
El PTCS se obtiene al añadir un compuesto de Ti y poliborodifenilsiloxano al polidimetilsilano en presencia de calor.
Material compuesto (sandwich) de alúmina porosa y alúmina densificada
Buscando un procedimiento de reducción del peso de las cerámicas, sin sacrificar su resistencia, se está investigando sobre un M.C. (Sandwich) constituido por un núcleo de alúmina (Al2O3) porosa y dos “placas” de alúmina densificada (compacta). La técnica empleada para obtener materiales porosos resistentes consiste en hacer los poros lo más pequeños y esféricos posible, aislarlos unos de otros en el interior de la matriz y mantenerlos alejados de la superficie del material.
Para dicho material, la combinación óptima de peso y resistencia a la flexión, 4.900 kg/cm2, se consigue con el 10% de volumen poroso (porosidad), la misma resistencia a la flexión que la de la alúmina completamente densificada.
Cuando la porosidad de la alúmina supera el 10%, la resistencia de dicho material decae rápidamente. La tecnología actual puede producir cerámicas de hasta el 40% de porosidad.
El tamaño del poro, su forma y distribución debe controlarse por medio de las propiedades de superficie, durante la producción del material la cual se inicia con dos suspensiones acuosas; la primera, utilizada para originar la superficie de la alúmina densificada, consiste en una suspensión de partículas alfa-Al2O3 con carga negativa, obtenida por el ajuste del pH. La segunda suspensión contiene las mismas partículas de alfa-Al2O3 a las que se añaden pequeñas esferas de poliestireno, ambas cargadas negativamente. La negatividad de las cargas realiza la lenta distribución de las partículas a través de la suspensión.
Cada una de las suspensiones citadas se consolidan en un molde después de la evaporación del agua. La carga de las esferillas las mantiene uniforme y homogéneamente distribuidas en el centro de la capa del material SANDWICH.
Cuando se calienta la cerámica así constituida, las esferas de poliestireno se queman y escapan en forma de vapor.
Aplicaciones del material SANDWICH de alúmina porosa:
- En aeronáutica: aislador de la radiación de alta frecuencia, en las bolsas de aire.
- Implantaciones dentales y óseas (de estructuras similares, es decir, duras exteriormente y porosas interiormente).
- Las cerámicas muy porosas pueden utilizarse como filtros
Los investigadores del material en estudio están trabajando para hacer descender todavía más el peso del mismo, por aumento de la porosidad y reducción del espesor de las capas externas.
Asimismo, se estima que dicha tecnología podría aplicarse a otras cerámicas tales como, carburo de silicio, carburo de boro, nitruro de silicio y mullita.