La incorporación de nanomateriales bidimensionales en materiales compuestos de matriz cerámica está aumentando en un esfuerzo para superar la inherente fragilidad de las cerámicas y para conferirles nuevas funcionalidades. Aún existen cuestiones abiertas en este campo en cuanto a resistencia mecánica, tenacidad a la fractura, cinética de crecimiento de fisuras, comportamiento tribológico, papel de fases interfaciales o idoneidad para el electromecanizado, entre otras. Aunque las nanoláminas de grafeno (NLG) se han mostrado como una segunda fase muy adecuada, los nanomateriales inorgánicos análogos al grafeno podrían extender el rango de aplicabilidad de los materiales con grafeno. El uso de nanoláminas de nitruro de boro (NLNB) en estos compuestos es muy prometedor y está prácticamente inexplorado.
Este proyecto propone un estudio sistemático de materiales compuestos con usos en aplicaciones estructurales y funcionales, con dos matrices de circona estabilizada con itria y dos tipos diferentes de nanomateriales 2D -nanoláminas de grafeno o de nitruro de boro- para profundizar en la comprensión de sus comportamientos mecánico y eléctrico. Con este fin, se fabricarán materiales con matrices de circona tetragonal dopada con 3 %mol de itria y circona cúbica dopada con itria, persiguiendo una microestuctura óptima con una distribución homogénea de los nanomateriales 2D en ambas matrices cerámicas. Se investigarán en profundidad materiales con NLG para dar respuesta a cuestiones abiertas en el conocimiento de estos materiales. La distribución, tamaño e integridad estructural de las NLG se caracterizarán mediante difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido y espectroscopía Raman, y las intercaras entre las NLG y la matriz se caracterizarán mediante microscopía electrónica de transmisión. La resistencia mecánica, resistencia a la rotura, mecanismos de refuerzo y cinética de crecimiento de grano en estos materiales se examinará en profundidad, y se establecerá la mejor combinación de ruta de procesado y contenido de NLG en términos de refuerzo a la matriz. Se realizarán medidas de conductividad eléctrica en materiales con diferentes contenidos de NLG y se evaluará la respuesta al electromecanizado de los materiales eléctricamente conductores. Se realizarán también medidas de conductividad eléctrica en función de la temperatura para describir las posibles variaciones en el tipo de conducción al aumentar el contenido en NLG. Por otra parte, se investigarán materiales con NLNB con el objetivo de obtener una primera aproximación a la comprensión de este sistema. Con este fin, tras la síntesis de las NLNB usando una estrategia de mezcla de disolventes para la exfoliación en fase líquida de nanoláminas a partir de polvo de BN hexagonal, se prepararán polvos con diferentes contenidos de NLNB usando técnicas de procesado de polvo en medio húmedo. La caracterización microestructural de los materiales sinterizados mediante Spark Plasma Sintering» se realizará mediante microscopía electrónica de barrido y de transmisión, difracción de rayos X y espectroscopía Raman. Se estudiarán propiedades como dureza, resistencia a la flexión y resistencia al desgaste, y se realizarán ensayos mecánicos a alta temperatura. Se analizar la conductividad eléctrica en función de la temperatura para esclarecer el efecto de la incorporación de una segunda fase aislante en las fronteras de grano sobre el comportamiento eléctrico de un conductor iónico.
