6
273-279
M. C. BORDES, A. MORENO, E. BOU, V. SANZ
La fotocatálisis es un proceso en el que la incidencia de radiación ultravioleta sobre un semiconductor produce la degradación de la materia orgánica en contacto con el mismo. Este proceso encuentra diversas aplicaciones que requieren el uso del fotocatalizador (semiconductor) en suspensión o soportado sobre un sustrato.
La aplicación de recubrimientos fotocatalíticos sobre sustratos cerámicos da lugar a la obtención de superficies multifuncionales con propiedades autolimpiantes relacionadas con la capacidad de degradación e incluso mineralización de compuestos orgánicos presentes en el agua o el aire.
La preparación de los recubrimientos soportados sobre el sustrato cerámico se realiza mediante la aplicación de suspensiones con un tamaño de partícula nanométrico (10-9 m). Debido a su pequeño tamaño de partícula este tipo de materiales presentan propiedades distintas a las de los materiales macroscópicos.
La reciente aparición de materiales con actividad fotocatalítica hace necesaria la existencia de un método para conocer y cuantificar dicha propiedad. Actualmente no existe ninguna norma para la determinación de la función fotocatalítica de materiales. Por ello en el presente trabajo, se ha llevado a cabo la puesta a punto de un método de ensayo que permita la determinación de dicha función para materiales soportados sobre un sustrato cerámico.
Palabras clave:Recubrimientos, cerámica, función fotocatalítica, TiO2
Determination of the photocatalytic function of coatings on ceramic substrates
Photocatalysis is a process in which the impingement of UV radiation on a semiconductor causes the organic matter in contact with the semiconductor to degrade. The process is found in various applications that require the use of the photocatalyst (semiconductor) in suspension or supported on a substrate.
The application of photocatalytic coatings onto ceramic substrates yields multifunctional surfaces with self-cleaning properties related to their capacity to degrade, and even mineralise, organic compounds present in water or air.
The photocatalytic coatings supported on ceramic substrates are obtained by applying suspensions of nanometre-sized particles (10-9 m) onto the substrate. Owing to the small particle size, this type of material has different properties from those of macroscopic materials.
The recent appearance of photocatalytically active materials requires having a method for determining and quantifying photocatalytic activity. No standard is currently available for determining the photocatalytic function of materials. The present study was undertaken, therefore, to fine-tune a test method that would allow determination of the photocatalytic function in materials supported on a ceramic substrate
Key words:
Coatings, ceramics, photocatalytic function, TiO2
280-288
J. M. Rivas-Mercury1, X. Turrillas2, A. H. de Aza3, M. A. Rodríguez3, P. Pena3
1Departamento de Química, Centro Federal de Educação Tecnológica do Maranhão (CEFET-MA) CEP 65025-001, São Luís, MA, Brasil.
2Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja, C.S.I.C., C/ Serrano Galvache, 4, 28033 Madrid. España.
3Instituto de Cerámica y Vidrio, C.S.I.C., C/ Kelsen, 5, Cantoblanco, 28049 Madrid. España.
Se ha estudiado la influencia del humo de sílice sobre el mecanismo de hidratación del monoaluminato de calcio (CaAl2O4) a temperatura ambiente y con una relación agua/sólidos de 0,5. La evolución de las fases hidratadas, que se forman en los primeros instantes de la reacción, se ha estudiado por difracción de rayos X de laboratorio con una resolución temporal de 36 min. La integración de picos de difracción seleccionados de las fases: Ca2Al2O5·8H2O (Ca2Al2(OH)10·3H2O), CaAl2O4 y Ca4Al2(OH)12(CO3)·5H2O, ha permitido establecer la cinética de la reacción. Así, se ha puesto de manifiesto que el humo de sílice provoca una drástica disminución en el periodo de inducción de la hidratación y acelera la formación de los hidratos cristalinos metaestables Ca2Al2(OH)10·3H2O y Ca4Al2(OH)12(CO3)·5H2O. Estos resultados se han confirmado por Termogravimetría, Análisis Térmico Diferencial y Microscopía Electrónica de Barrido. El mecanismo de hidratación propuesto se apoya en datos previos de Resonancia Magnética Nuclear de Sólidos (RMN) de 29Si de los autores de este articulo.
Palabras clave:Cementos refractarios, Monoaluminato de Calcio, Difracción de rayos X, Hidratación, Humo de Sílice.
In situ X-ray difraction study of hidration of CaAl2O4 - amorphous silica mixtures
The influence of the amorphous silica on the mechanism of hydration of the calcium monoaluminate (CaAl2O4) has been studied at ambient temperature with a water/solids ratio of 0.5. The evolution of the hydrated phases, formed in the first instants of the reaction, has been studied by laboratory X ray diffraction with a time resolution of 36 min. The integration of selected diffraction peaks of the phases: Ca2Al2O5·8H2O (Ca2Al2(OH)10·3H2O), CaAl2O4 and Ca4Al2(OH)12(CO3)·5H2O, has allowed to establish the kinetics of the reaction. This way, it has been shown that the amorphous silica causes a drastic decrease in the period of induction of the hydration and accelerates the formation of the metastable crystalline hydrates Ca2Al2(OH)10·3H2O and Ca4Al2(OH)12(CO3)·5H2O. These results have been confirmed by Thermogravimetry, Differential Thermal Analysis and Scanning Electric Microscopy. The hydration mechanism proposed confirms previous data of Nuclear Magnetic Resonance of Solids (RMN) of 29Si of the authors of this paper.
Key words:
Refractory cements, Calcium monoaluminate, X-ray Diffraction, Hydration, silica fume.
289-298
S. SERENA, M. A. SAINZ Y A. CABALLERO
Departamento de Cerámica. Instituto de Cerámica y Vidrio. (CSIC)
Campus de Cantoblanco. C/ Kelsen, 5. 28049-MADRID. ESPAÑA
En el presente trabajo se ha establecido entre 1100º y 1800ºC la microquímica y microestructura de materiales de MgO-C-Al con elevado contenido en MgO y para diferentes relaciones Al/C, en condiciones fuertemente reductoras. Los resultados experimentales obtenidos se han discutido en función de la estabilidad termodinámica de las diferentes fases del sistema MgO-C-Al, determinadas teóricamente a distintas temperaturas y presiones parciales de Mg(g), Al(g) y CO (g).
La combinación de ambos estudios, ha permitido realizar una descripción completa del proceso de reacción que tiene lugar en las composiciones estudiadas.
Palabras clave:Magnesia, grafito, aluminio, estabilidad termodinámica, relación Al/C.
Experimental and thermodynamic analysis of the Al/C ratio on the microchemistry and microstructure of MgO-C-Al materials.
The microchemistry and microstructure of MgO-C-Al materials with high magnesia content and different Al/C ratio have been established between 1100º and 1800ºC, under strong reducing condition. The experimental results have been discussed as a function of thermodynamic stability of different phases of the MgO-C-Al system, theoretically determined at different temperatures and partial pressures of Mg(g), Al(g) and CO(g).
Both studies have allowed established a complete description of the reaction process in all compositions studied.
Key words:
Magnesium oxide, graphite, aluminium, thermodynamics stability, Al/C ratio
299-303
R. Rivero, M. F. Barba, M. A. Rodríguez
Instituto de Cerámica y Vidrio. (CSIC). C/Kelsen, 5. Campus de Cantoblanco. 28049. Madrid, España.
En este trabajo se ha estudiado la síntesis de hidroxiapatito por el método de combustión. Se ha considerado la influencia de los parámetros de temperatura, tiempo de reacción, relación Ca/P y la acidez del medio, para sintetizar partículas nanométricas de hidroxiapatito por un método rápido y simple como es el de combustión.
Se han empleado como materias primas nitrato de calcio y fosfato amónico, y como combustible urea. Las diferentes síntesis se han llevado a cabo en una mufla y los polvos obtenidos han sido caracterizados por DRX, FESEM, ATD-TG, FTIR y superficie específica.
Palabras clave:Hidroxiapatito, fosfato cálcico, combustión, síntesis.
Influence of synthesis parameters on the hydroxyapatite production by combustion method.
In this work the synthesis of hydroxyapatite by combustion method has been studied. The influence of temperature, time of reaction, Ca/P molar ration and pH parameters have been considered in order to obtain hydroxyapatite powder with nanometric size through a rapid and simple method like the combustion synthesis.
Calcium nitrate and ammonium phosphate have been used as raw materials and urea has been added as fuel. The reaction has been carried out in an oven. Powder characterization was performed by XRD, DTA-TG, FTIR, FESEM and N2 adsorption.
Key words:
Hydroxyapatite, calcium phosphate, combustion, synthesis.
304-310
J. Canales-Vázquez1,2, J. C. Ruiz-Morales3, B. Ballesteros1,
D. Marrero-López3 , J. T. S. Irvine4
1Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC), Campus UAB, 08193 Bellaterra (Barcelona), Spain.
2Instituto de Energías Renovables de Albacete, Universidad de Castilla la Mancha, 02006 Albacete, Spain.
3Departamento de Química Inorgánica, Universidad de La Laguna, 38200 La Laguna (Canary Islands), Spain
4School of Chemistry, Purdie Building, University of St Andrews, St Andrews, Fife KY16 9ST, UK.
En este trabajo se presentan las prestaciones y el potencial uso de las fases cúbicas de la serie homóloga con fórmula La4Srn-4TinO3n+2 (n≥12) preparadas por reacción en el estado sólido. A pesar de que estas fases pueden describirse como perovskitas cúbicas mediante difracción de rayos-X (DRX), existe una cantidad de oxígeno superestequiométrico respecto a la composición ideal de la perovskita ABO3 localizado en defectos lineales análogos a las capas ricas en oxígeno en La2Ti2O7. En el presente trabajo, se muestran ensayos en pilas de combustible realizados en las composiciones n=12,14 and 16 de la serie La4Srn-4TinO3n+2 , donde se muestran respuestas moderadas en hidrógeno, así como una cierta activación que favorece la oxidación del metano.
Palabras clave:Pilas de Combustible de Óxido Sólido, ánodos, titanatos, composites, colector de corriente.
Performance of cubic-(La,Sr)TiO3+δ as SOFC anodes.
The performance and potential application of the cubic members of the La4Srn-4TinO3n+2 series of compounds, i.e. n≥12, prepared by solid state reaction are discussed. Although these phases can be indexed as cubic perovskites by X-ray diffraction (XRD), there exists some oxygen beyond the ABO3 stoichiometry accommodated in linear defects reminiscent to the oxygen rich layers in La2Ti2O7. In the present work, we report preliminary fuel cell tests of the n=12,14 and 16 of the La4Srn-4TinO3n+2 series, which reveal moderate responses under hydrogen, but also some promising results implying activation favouring methane oxidation.
Key words:
Solid Oxide Fuel Cell, anodes, titanates, composites, current collector.
311-315
R. E. Alonso1, J. de Frutos2, M. A. de la Rubia2, M. Taylor1, A. R. López García1
1 IFLP, Departamento de Física, Fac. de Cs. Exactas, Universidad Nacional de La Plata, CC67, CP 1900 La Plata, Argentina.
2 POEMMA R&D group. ETSI Telecomunicación, Universidad Politécnica de Madrid,
Ciudad Universitaria S/N, 28040 Madrid, España.
Estudios recientes sobre la transición de fase en SrZrO3 haciendo uso entre otras técnicas de Difracción de Rayos X y de Neutrones, junto con espectroscopías de correlación angular o espectroscopía Raman, ponen de manifiesto que el diagrama de fases de estos compuestos no es simple, ni está claramente definido. Las temperaturas de transición proporcionadas, son fuertemente dependientes de la historia térmica del material. En este trabajo, presentamos por primera vez el estudio de la estabilidad de fase en función del proceso térmico haciendo uso de Espectroscopía de Impedancia. En este trabajo nos centraremos en las transiciones de fase Pnma® Imma (Segundo orden) y Imma ® I4/mcm (primer orden), previamente establecidas a 750º C y 840º C respectivamente.
Palabras clave: Propiedades eléctricas/ dieléctricas. Propiedades ferroeléctricas. Transición de fase.
Phase stability study in SrZrO3 vs sintering temperature
Abstract. Recent studies of the phase transitions in SrZrO3 using X-ray and Neutron Diffraction, together with Perturbed Angular Correlation spectroscopies reveal that the phase diagram of this compound is not simple. The temperatures of the transitions appear to be highly dependent of the thermal history. In this work we present for the first time a study of the phase stability as a function of the annealing using the Impedance Spectroscopy technique. This work will focus on the Pnma ® Imma (second order) and the Imma ® I4/mcm (first order) phase transitions, previously reported at 750º C and 840º C respectively.
Key words:
Phase transition, Electrical and dielectrical properties, Ferroelectric properties.
316-322
A. MONTENEGRO 1,*, N. CERÓN1, M. PONCE2, M. S. CASTRO2, J. A. VARELA3, J. E. RODRÍGUEZ1
1. Grupo de Ciencia y Tecnología de Materiales Cerámicos (CYTEMAC)
Universidad del Cauca, Calle 5 N° 4-70 Popayán, Cauca, Colombia.
2. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales (INTEMA, CONICET-UNMdP)
J.B. Justo 4302, B7608FDQ-Mar del Plata, Argentina.
3. LIEC. Universidad Estadual Paulista. Instituto de Química, Araraquara –Brasil.
El óxido de estaño, SnO2, es el compuesto más utilizado en la fabricación de sensores de gas, principalmente para gases reductores como el CO y H2. Dado que la respuesta de estos sensores depende fuertemente de su superficie, es de gran interés desarrollar métodos de síntesis que permitan obtener nanopartículas de estos compuestos para utilizarlas posteriormente en la conformación de películas. En el presente trabajo se describe adecuadamente el método del precursor polimérico utilizado para obtener nanopartículas de SnO2-TiO2. Los polvos cerámicos obtenidos se caracterizaron mediante ATD/TG, DRX, FTIR, y MEB. Además, se analizó el comportamiento eléctrico de las películas gruesas obtenidas, cuando son expuestas a atmósferas de O2 y CO.
Palabras clave:Palabras clave: Respuesta eléctrica, SnO2-TiO2; nanopartículas, Pechini.
Electrical answer of the SnO2-TiO2 thick films shaping with ceramics powders obtained by Pechini method.
Tin oxide is the compound more used in the gas sensor production, mainly to reduce gases like CO and H2. Their electrical properties are strongly dependent of its surface. For this is of great importance to synthesize nanoscale tin oxide particles to use they later in the films conformation. The synthesis of SnO2-TiO2 nanoparticles by polymeric precursor method is reported in this work. The particles were characterized by DTA/TG, FT-IR, XRD and SEM. Also, the electrical response of thick films measured under oxygen and carbon monoxide atmospheres is was analyzed.
Key words:
Keywords: Electrical answer, SnO2-TiO2; nanoparticles, Pechini.
5
225-231
J.L. ACEVEDO-DÁVILA1, J. LÓPEZ-CUEVAS2,*, G. VARGAS-GUTIÉRREZ2,
J.C. RENDÓN-ANGELES2 and J. MÉNDEZ-NONELL2,3.
1COMINSA, Apartado Postal 491, C.P. 25290, Saltillo, Coahuila, México.
2CINVESTAV-IPN Unidad Saltillo, Apartado Postal 663, C.P. 25000, Saltillo, Coahuila, México.
3CIQA, Blvd. Enrique Reyna nº 140, C.P. 25253, Saltillo, Coahuila, México.
Se sintetizó carbonato-hidroxiapatita (CHAp) a partir de cascarón de huevo de gallina, usando tres métodos químicos alternativos vía húmeda a temperatura ambiente. En el primer método, el cascarón pulverizado fue hecho reaccionar directamente con H3PO4. En los otros dos métodos, el primer paso fue la obtención de acetato de calcio mediante la disolución del cascarón en ácido acético. Luego, el acetato de calcio fue hecho reaccionar con Na3PO4·12H2O y (NH4)2HPO4 en el segundo y tercer método, respectivamente. El CHAp sintetizado fue caracterizado por difracción de rayos X (DRX), espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR), microscopía electrónica de barrido (MEB) y microscopía electrónica de transmisión (MET). Bajo todas las condiciones experimentales empleadas se obtuvo CHAp fina y poco cristalina. De entre todos los materiales sintetizados, el producido empleando el primer método mostró la mayor similitud con respecto al hueso de bovino, lo cual fue relacionado con un contenido similar de carbonato en ambos materiales. En general, se obtuvieron cristales aciculares de CHAp con un tamaño en el rango de 10 a 100 nm, los cuales presentaron una relación de aspecto de ∼1/4. La morfología de los cristales de CHAp sintetizados fue consistente con su contenido estimado de carbonato.
Palabras clave:Carbonato-hidroxiapatita; cascarón de huevo; acetato de calcio; síntesis química.
Chemical synthesis of bone-like carbonate hydroxyapatite from hen eggshells and its characterization
Carbonate hydroxyapatite (CHAp) was synthesized from domestic hen eggshells by using three alternative wet chemical methods at room temperature. In the first method, the powdered eggshells were reacted directly with H3PO4. In the other two methods, calcium acetate was obtained in a first step by dissolving the eggshells in acetic acid. Then, calcium acetate was reacted with Na3PO4·12H2O and (NH4)2HPO4 in the second and third methods, respectively. The synthesized CHAp was characterized by X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transformed Infrared Spectroscopy (FT-IR), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Transmission Electron Microscopy (TEM). Fine and poorly crystallized CHAp was obtained under all experimental conditions employed. Among all synthesized materials, the one produced by the first method showed the closest resemblance to bovine bone, which was related to similar carbonate contents in both materials. In general, acicular CHAp crystals with a size ranging from 10 to 100 nm were obtained, which had an aspect ratio of ∼1/4. The morphology of the synthesized CHAp crystals was consistent with their estimated carbonate content.
Key words:
Carbonate hydroxyapatite; Eggshells; Calcium acetate; Chemical Synthesis.
232-239
J. Gómez-García, A. Salazar, C.J. Múnez, V. Utrilla y P. Poza
Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales
Universidad Rey Juan Carlos
C/ Tulipán, s/n
28933 Móstoles, Madrid
Este trabajo correlaciona la microestructura de un recubrimiento de barrera térmica, estudiada mediante microscopía electrónica de barrido y microanálisis de rayos X, con los resultados obtenidos mediante espectroscopía de impedancia electroquímica que muestran la variación de sus propiedades eléctricas tras un proceso de oxidación isoterma. El sistema estudiado está formado por una capa cerámica, ZrO2 8Y2O3 (% en masa), y un anclaje metálico, Ni 22Cr 10Al 1Y (% en masa), depositados ambos por proyección térmica asistida por plasma sobre un sustrato de aleación base níquel In 600. Estos recubrimientos se oxidaron isotérmicamente en aire a 1050 ºC durante 72, 144 y 336 h. Se formó una capa intermedia de óxidos (“thermally grown oxides”, TGO) entre el anclaje metálico y el recubrimiento cerámico formada por una mezcla de óxidos de Cr y Al que se tradujo en la variación de los parámetros característicos de la impedancia de la barrera térmica.
Palabras clave:barreras térmicas, espectroscopía de impedancia electroquímica, ensayo no destructivo, oxidación isoterma, proyección térmica asistida por plasma, microscopía electrónica de barrido.
Electrochemical impedance spectroscopy analysis of thermal barrier coatings after isothermal oxidation
This investigation correlates the microstructure of a thermal barrier coating, analysed through scanning electron microscopy and X-ray microanalysis, with the electrochemical impedance spectroscopy data which show the variation in electrical properties after isothermal oxidation. A thermal barrier coating comprising a ceramic top layer, ZrO2 8Y2O3 (weight %), and an overlay coating, Ni 22Cr 10Al 1Y (weight %), air plasma sprayed over a nickel base alloy In 600 substrate was studied. These materials were heat treated in air at 1050 ºC for 72, 144 y 336 h. A thermally grown oxide layer, mainly comprising Cr y Al oxides, was formed between the ceramic and the overlay coating. This layer modified the electrical response of the thermal barrier coating in the electrochemical impedance spectroscopy tests.
Key words:
Thermal barrier coatings, electrochemical impedance spectroscopy, non destructive evaluation, isothermal oxidation, air plasma spraying, scanning electron microscopy
240-246
F. J. Ester1, J.I. Peña2
Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (UZ-CSIC)
1Departamento de Física de la Materia Condensada,
2Departamento de Ciencia y Tecnología de Materiales y Fluidos
c/ María de Luna, 3. 50018 ZARAGOZA
En este trabajo se presenta un estudio de la zona flotante durante el crecimiento de barras de Al2O3-ZrO2 (Y2O3) por la técnica de fusión zonal por láser. Se ha calculado el gradiente térmico axial existente en la intercara de solidificación y comparado con el que se ha medido de forma experimental, siendo éste de 6,5*105 K/m. Para este cálculo se han determinado los coeficientes de transferencia de calor durante el proceso de resolidificación. También se ha estudiado el perfil de la zona flotante y analizado el rango de estabilidad en términos de longitud máxima de zona, verificándose experimentalmente los límites teóricos establecidos por algunos autores. El estudio se completa con una estimación de la potencia necesaria para llevar a cabo el crecimiento confirmando su validez para el caso particular de cilindros de 2 mm de diámetro.
Palabras clave:zona fundida, sistema Al2O3-ZrO2 (Y2O3), solidificación direccional.
Analysis of the molten zone in the growth of the Al2O3-ZrO2(Y2O3) eutectic by the laser floating zone technique.
In this work a study of the floating zone during the growth of bars of Al2O3-ZrO2(Y2O3) by the laser floating zone technique is presented. The axial thermal gradient in the solidification interface has been calculated and compared with the experimental one of 6.5*105 K/m. For this calculation the coefficients of heat transference during the solidification process have been determined. The floating zone profile has been also studied and the maximum stable length for the zone determined, verifying the stability criterion established by some authors. The study is completed with an estimation of the laser power necessary to carry out the growth. This value is compared with the measured one during the growth of 2 mm diameter bars.
Key words:
floating zone, Al2O3-ZrO2(Y2O3) system, directional solidification
244-252
R. Peña-Alonso*, F. Rubio, J. Rubio
Departamento de Química-Física de Superficies y Procesos. Inst. de Cerámica y Vidrio.
CSIC- Campus de Cantoblanco de la UAM.- c/ Kelsen, 5. 28049-Madrid. España
El trietilborato (TEB) es un alcóxido de boro muy usado en las síntesis de materiales preparados por el método sol-gel. Este método implica la hidrólisis y condensación de los reactivos de síntesis, generalmente alcóxidos, para obtener un gel que posteriormente puede dar lugar a diversos tipos de materiales, tanto cerámicos como vítreos, dependiendo del tratamiento térmico posterior. Una de las técnicas de rutina empleadas en el seguimiento de las reacciones sol-gel es la espectroscopía infrarroja por la facilidad de manipulación de la muestra y rapidez del análisis.
En este trabajo se realiza un estudio de las reacciones de hidrólisis y condensación del alcóxido TEB a través del seguimiento de las bandas de absorción situadas a 893 cm-1, que muestra una disminución a medida que avanza la hidrólisis del alcóxido, y 1194 cm-1 que crece con el avance de la condensación. La recta de calibrado propuesta para el análisis cuantitativo de la extensión de la hidrólisis del TEB en geles de TEOS-TEB pone de manifiesto que entre un 20 y un 33% de las moléculas de TEB no han sido hidrolizadas durante la reacción sol-gel de formación de dichos geles.
Palabras clave:Trietilborato, hidrólisis, sol-gel, FT-IR.
Ir spectroscopic study of the hydrolysis reaction of TEB: evaluation of borosilicate gels
Triethylborate (TEB) is a boron alkoxide largely used in the synthesis of sol-gel prepared materials. This method requires the hydrolysis and condensation of the synthesis reagents, usually alkoxides, for obtaining a gel which can be transformed into different materials, such as glasses or ceramics, as a function of the thermal treatment applied. Infrared spectroscopy is one of the routine techniques used in the study of the sol-gel reaction due to the easy handling of the sample and the fast speed of the analysis.
In this work, the study of the hydrolysis and condensation reactions of TEB is carried out by studying their vibrational bands located at 893 cm-1, which shows a continuous decrease as the hydrolysis is performed, and 1194 cm-1, which increases with the proceed of the condensation. A proposed calibration line for the quantitative analysis of the hydrolysis extension of TEB in several TEOS-TEB gels evidence that between 20 and 33% of the TEB molecules have not been hydrolysed during the sol-gel reaction for forming such gels.
Key words:
Triethylborate, hydrolysis, sol-gel, FT-IR.
253-258
A. Rico, M.a. Garrido, E. otero, J. rodríguez*
Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales.
Universidad Rey Juan Carlos. Móstoles (Madrid).
Desde la aparición de las técnicas de indentación instrumentada se han publicado gran cantidad de trabajos en los que se evalúan propiedades mecánicas como la dureza o el módulo elástico de recubrimientos y materiales cerámicos. La metodología desarrollada por Oliver y Pharr permite calcular estas propiedades a partir de la curva fuerza – desplazamiento obtenida en un ensayo. Sin embargo, existen algunos factores ajenos al material que pueden condicionar el análisis de los datos experimentales. En particular, el efecto del tamaño de la indentación y la geometría del indentador empleado pueden producir variaciones considerables respecto de los resultados esperables. En este trabajo, se estudia el efecto que el tamaño de la indentación y de la geometría de la punta tienen sobre la dureza y el módulo elástico utilizando varias cargas máximas y dos geometrías para los indentadores: Berkovich y esférica. En ambas geometrías se aprecian variaciones de las propiedades mecánicas con la carga, aunque estos cambios siguen tendencias diferentes en función del tipo de punta empleada.
Palabras clave:Nanoindentación; materiales cerámicos.
Ceramic materials nanoindentation: load and indenter geometry effects.
A lot of research has been published about the determination of mechanical properties like hardness and elastic modulus using depth sensing indentation techniques. The Oliver and Pharr method allows calculating these properties through the experimental force-displacement curve. However, several phenomena could affect the analysis of experimental data. Discrepancies from the nominal results could be induced by size effect and indenter geometry. In this work, indentation size and indenter geometry effects on hardness and elastic modulus have been studied using several maximum loads and two different indenter geometries: Berkovich and spherical. Mechanical properties changes have been observed with indentation load in both geometries. These tendencies depend on the indenter geometry.
Key words:
Nanoindentation; ceramic materials.
259-266
M. P. GÓMEZ, M. F. GAZULLA, E. ZUMAQUERO, M. ORDUÑA
Instituto de Tecnología Cerámica. Asociación de Investigación de las Industrias Cerámicas.
Universitat Jaume I, Campus Riu Sec, Castellón. España.
En el presente estudio se ha desarrollado una metodología de trabajo para el análisis de emisiones gaseosas (EGA) en materias primas arcillosas y composiciones cerámicas utilizadas en la fabricación de baldosas cerámicas mediante técnicas acopladas de análisis térmico (TG-DSC-QMS-FTIR). Se caracterizaron los distintos tipos de emisiones (CO2, CO, NOx, F, SOx) que se emiten durante un ciclo térmico hasta una temperatura máxima de 1200ºC. Asimismo, se evaluó la posibilidad de la utilización de la técnica para la cuantificación de dichas emisiones. En concreto se ha realizado la cuantificación de emisiones de CO2 procedentes de la presencia de carbono orgánico e inorgánico en materiales arcillosos. Se han validado las medidas con distintos materiales de referencia y se han comparado los resultados con los obtenidos con otras técnicas de análisis, tales como la termogravimetría (TG), calcimetría y culombimetría.
La técnica de análisis térmico (TG-DSC-QMS-FTIR) es de utilidad en el estudio de emisiones a escala de laboratorio, presentando baja incertidumbre para la cuantificación de compuestos de carbono. Además, la técnica es útil para la determinación del origen mineralógico de los elementos presentes en las emisiones.
Palabras clave:Emisiones gaseosas, Arcillas, Análisis térmico, Dióxido de Carbono, Carbono orgánico, Carbonatos.
Use of coupled TG-DSC-QMS-FTIR thermal analysis techniques in characterizating clays and ceramic compositions used in ceramic tile manufacture. Quantification of carbon compounds
In this study, a work methodology has been developed for t evolved gas analysis (EGA) in clay raw materials and ceramic compositions used in ceramic tile manufacture using coupled thermal analysis techniques (TG-DSC-QMS-FTIR). The different types of gases (CO2, CO, NOx, F, SOx) evolving from these raw materials during a thermal cycle up to a peak temperature of 1200ºC were characterised. The possibility of using this calorimeter for the quantification of the CO2 gases evolving from the organic and inorganic carbon (carbonates) present in the studied clay materials was also evaluated. The measurements were validated with different reference materials, and the results were compared with those obtained with other analysis techniques, such as thermogravimetry (TG), calcimetry, and coulometry.
The thermal analysis technique (TG-DSC-QMS-FTIR) is a suitable technique for analysing evolved gases with low uncertainties for carbon compounds quantification. Furthermore, the methodology allows the mineralogical origin identification of the elements present in the evolved gases.
Key words:
Evolved gases, Clays, Thermal analysis, Carbon dioxide, Organic carbon, Carbonates
267-272
J. Mosa, A. Durán, M. Aparicio
Instituto de Cerámica y Vidrio (CSIC).
Campus de Cantoblanco, Madrid, España
Comparadas con los motores de combustión interna, las pilas de combustible de intercambio de protones (PEMFC) son capaces de operar sin emisiones de agentes contaminantes. El aumento de la temperatura de operación de la pila de combustible por encima de 100ºC es uno de los grandes objetivos en este campo ya que facilitaría el desarrollo comercial de los vehículos eléctricos impulsados por pilas de combustible. Las membranas híbridas orgánico-inorgánicas nanoestructuradas combinan las propiedades necesarias para este tipo de aplicación. Se obtuvieron membranas híbridas dopadas con ácido fosfowolfrámico (PWA) por copolimerización radicálica a partir de alquilalcóxidos y monómeros de estireno y metacrilato, y por reacción sol-gel vía catálisis ácida. La conductividad protónica se logra realizando un proceso de sulfonación de anillos aromáticos para producir grupos SO3H unidos al anillo. Se ha estudiado el efecto de la sulfonación y el dopado de las membranas con PWA sobre las propiedades de la membrana, tales como la estabilidad química y térmica, retención de agua, capacidad de intercambio iónico y conductividad protónica. Las medidas de conductividad muestran aumento al aumentar la temperatura y la cantidad de grupos SO3H, hasta valores de 3.2 10-3 S/ cm a 130ºC y 100%HR.
Palabras clave:PEMFC; heteropoliácidos; sol-gel; membranas híbridas; sulfonación; conductividad protónica
Hybrid styrene-methacrylate-silica sol-gel membranes combining sulfonation and tungstophosphoric acid doping for PEMFC
Contrary to internal combustion engines, proton-exchange membrane fuel cells (PEMFC) used in transportation operate with zero emissions of environmental pollutants. The increase of the operation temperature in PEMFC above 100°C is a great concern for the application of this type of cells in electric vehicles. Hybrid organic-inorganic membranes with nano-sized interfaces can combine the main properties of their components to meet this objective. Styrene-methacrylate-silica membranes doped with phosphotungstic acid (PWA) were prepared through acid catalyzed sol-gel process and free-radical copolymerization. Additionally, sulfonation processes of aromatic rings to produce attached SO3H groups were applied to increase the proton conductivity. The effect of sulfonation degree and PWA doping on the membrane properties such as chemical and thermal stability, water uptake, ion exchange capacity, and proton conductivity were investigated. The measurement of conductivity shows a general increase with rising temperatures and with the increasing of SO3H groups density, reaching a maximum value of 3.2 10-3 S/cm at 130ºC and 100%HR.
Key words:
PEMFC; heteropoly acids salts; sol-gel; hybrid membrane; sulfonation; proton conductivity
4
163-170
A. DE NONI JUNIOR(1,2), D. HOTZA(2), V. CANTAVELLA SOLER(3), E. SANCHEZ VILCHES(3).
(1) Instituto Maximiliano Gaidzinski (IMG) – Cocal do Sul – Brasil
(2) Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) – Florianópolis – Brasil
(3) Instituto de Tecnología Cerámica (ITC) – Castellón – España.
El presente estudio ha sido planteado con el objeto de determinar la influencia del enfriamiento de la etapa de cocción sobre el desarrollo de tensiones residuales y las propiedades mecánicas del gres porcelánico. Para ello se prepararon probetas que fueron sometidas a diferentes tipos de enfriamiento. Las tensiones macroscópicas fueron determinadas con el método de relajación de deformaciones por corte incremental. Las tensiones microscópicas sobre las partículas de cuarzo fueron analizadas por DRX. Se observó que durante el enfriamiento rápido el material desarrolla un perfil de tensiones residuales macroscópicas característico de procesos de templado de vidrios, con el consecuente incremento en la resistencia mecánica. La difracción de rayos X ha puesto de manifiesto que las partículas de cuarzo se encuentran sometidas a tracción, reforzando también el material. Sin embargo, el cuarzo provoca un deterioro microestructural por la generación y crecimiento de grietas. Este último hecho limita el incremento de la resistencia mecánica, lo cual es especialmente notorio para las elevadas velocidades de enfriamiento que tienen lugar después de la transformación alotrópica del cuarzo.
Palabras clave:gres porcelánico, enfriamiento, tensión residual, templado, cuarzo.
Influence of post-fire cooling on porcelain tile mechanical properties
This study was undertaken to determine the influence of post-fire cooling on generation of residual stress and mechanical properties in porcelain tile. The test pieces were prepared and subjected to different types of cooling. Macroscopic stresses were determined by the strain relaxation method with incremental cutting. Microscopic stresses on the quartz particles were analysed by X-ray diffraction (XRD). During fast cooling, a macroscopic residual stress profile, characteristic of tempering processes in glasses, was observed to develop with the ensuing increase in mechanical strength. XRD analysis showed that the quartz particles were subjected to tension, additionally strengthening the material. However, the quartz also gave rise to microstructural deterioration owing to crack generation and growth. Such microstructural deterioration limits the increase in mechanical strength, in particular for the high cooling rates used after the allotropic transformation of quartz.
Key words:
porcelain tile, cooling, residual stress, tempering, quartz.
171-176
J. M. Albella1, I. Jiménez 1, 2, C. Gómez-Aleixandre1, A. Alberdi3
1. Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC), Cantoblanco, 28049 Madrid (Spain)
2. Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros (ICTP-CSIC), Juan de la Cierva, 3, 28006 Madrid (Spain)
3. Fundación Tekniker. Avda. Otaola, 20. 20600 Eibar (Spain)
Se hace un descripción de los avances recientes en la síntesis de recubrimientos duros de tipo cerámico, depositados mediante técnicas de deposición en fase vapor. Se dedica especial atención a los parámetros del proceso de deposición que controlan las propiedades finales de las capas (estructura cristalina, morfología, etc), tales como la energía de llegada de los átomos a las superficie en crecimiento, y la temperatura. Finalmente, se hace una revisión de los materiales más relevantes en lo que se refiere a sus aplicaciones como recubrimientos duros y protectores, o como recubrimientos decorativos, entre ellos, la familia de los nitruros, carburos y óxidos metálicos, depositados en diversos tipos de estructuras (monolíticas, multicapas y nanocomposites), y los compuestos ternarios del sistema BCN.
Palabras clave:Recubrimientos cerámicos, deposición física y química de fase vapor, dureza.
Materials and vapour-phase techniques for the synthesis of ceramic coatings
A survey on recent advances in the synthesis of hard ceramic coatings is given, including materials processes and techniques. Emphasis is made on the parameters which control the coating properties (crystalline structure, morphology, etc), namely arrival energy of the atoms to the growing surface and substrate temperature. Some relevant coating materials are discussed in relation to their applications either as hard protective coatings or with decorative purposes, namely: the family of metal nitrides, carbides, and oxides, in different layer structures (monolithic, multilayers and nanocomposites) and ternary compounds of the BCN system.
Key words:
Ceramic coatings, physical and chemical vapour deposition, hardness.
177-183
A. Montenegro Hernández1,*, M. S. Castro2, J. E. Rodríguez Páez1
1. Grupo de Ciencia y Tecnología de Materiales Cerámicos (CYTEMAC) Universidad del Cauca,
Calle 5 N° 4-70 Popayán, Cauca, Colombia.
2. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales (INTEMA, CONICET-UNMdP)
J.B. Justo 4302, B7608FDQ-Mar del Plata, Argentina.
El óxido de estaño es un compuesto ampliamente utilizado en aplicaciones tecnológicas destacándose como catalizador, sensor de gas, en fabricación de varistores, dispositivos electrónicos, electrodos electrocatalíticos y celdas fotovoltaicas, entre otros. En el presente trabajo se utilizó el método de precipitación controlada (MPC) para sintetizar óxido de estaño de tamaño nanométrico, empleando como precursor sulfato de estaño. El control de las diferentes etapas del proceso de síntesis se realizó a través de los registros de variación de pH, valoración potenciométrica, del sistema. Con base a esta información y el estudio de espectroscopía infrarroja realizada en la fase sólida, a diferentes valores de pH, se propone un mecanismo de formación de las partículas donde las reacciones de hidrólisis y condensación son muy importantes. Se analizó, además, el efecto del lavado del precipitado con etilendiamina y se verificó la eliminación del anión sulfato con este proceso, obteniéndose al final óxido de estaño, SnO y SnO2, como principales fases cristalinas, a temperatura ambiente. Las características del óxido de estaño nanométrico se determinaron utilizando espectroscopía infrarroja de transmisión FTIR, difracción de rayos X (DRX), y microscopía electrónica de transmisión (MET).
Palabras clave: Síntesis, polvos cerámicos, precipitación controlada, nanopartículas, óxido de estaño, etilendiamina.
Effect of washed with etilendiamine about the properties of the tin oxide nanoparticles
Tin oxide, is a compound used in many technological applications among them as gas sensor and in the production of varistors, electronic devices, electrocatalitic electrodes and fotovoltaic cells, among others. In this work the controlled precipitation method was used to synthesize tin oxide of nanometric size using tin sulfate precursor. The control of different stages of the synthesis process was carried out through the variation of the system pH registrations, potentiometric titration,; This curve contain information on the different processes that take place in the system and it can be used to guarantee the process reproducibility. Additionally we propose a mechanism to explain the nucleation of solid phase in the solution. The hydrolysis and policondensation reactions are very important for this mechanism. Precipitate washing with an ethylendiamine solution permitted eliminated of SO42- and it permitted to obtain the tin oxide as the principal crystalline phase at room temperature. The characteristics of the obtained ceramic powder were determined using infrared espectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), and transmission electron microscopy (TEM).
Key words:
Tin oxide; synthesis; controlled precipitation; nanoparticles; ethylendiamine.
184-190
C.J. Múnez, J. Gómez-García, A. Salazar, M.V. Utrilla, P. Poza
Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales
Escuela Superior de Ciencias Experimentales y Tecnología
Universidad Rey Juan Carlos
28933 Móstoles. Madrid
Esta investigación ha desarrollado tratamientos de modificación superficial sobre recubrimientos de CaZrO3 proyectados térmicamente, encaminados a mejorar su densificación y propiedades. Para la fusión de la superficie cerámica se ha utilizado un láser de diodo de alta energía, evaluando la influencia de parámetros como la potencia del haz láser y la velocidad de barrido sobre la superficie. Las microestructuras inducidas por el tratamiento láser se analizaron utilizando un microscopio óptico y un microscopio electrónico de barrido ambiental. Los recubrimientos también se caracterizaron mediante difracción de rayos X para detectar posibles cambios de fase.
Palabras clave:Barreras térmicas, modificación superficial, tratamiento láser, microscopía electrónica de barrido
Surface Modification by High Power Diode Laser (HPDL) of CaZrO3 Thermal Sprayed Barrier Coatings
The aim of this investigation is to modify the surface of thermal sprayed CaZrO3 coatings to reduce their porosity and improve their properties. A high power diode laser was used to produce the melting of the superficial ceramic coating. Different parameters have been evaluated in the process, in particular laser beam power/energy and the laser scanning speed. Microstructural changes induced by the laser treatment were evaluated by light microscopy and environmental scanning electron microscopy. The coatings were also characterized by X ray diffraction in order to detect the possible phase transformations.
Key words:
thermal barrier coatings, surface treatment, laser surface melting, scanning electron microscopy
191-196
David Gómez1, Igor Goenaga1, Per Johander2, Carmen Moldovan3
1Dpto. de Micro y Nanotecnologías, Fundación Tekniker, Av. Otaola 20, 20600 Eibar, Guipúzcoa (España)
2 IVF – Industrial Research and Development Corporation, Argongatan 30, S43153 Molndal (Suecia)
3 National Institute for R&D in Microtechnologies, Erou Iancu Nicolae 32B, 077190 Bucarest (Rumanía)
El presente trabajo pretende mostrar la procesabilidad de cerámicas de baja temperatura de sinterizado, LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) mediante ablación láser con pulsos ultracortos (femtosegundos). Este tipo de material, de indudable interés tecnológico en el desarrollo de microsensores, presenta una alta fragilidad en el estado sinterizado, por lo que la utilización de métodos de contacto (fresado, torneado, etc.) para su mecanizado conduce a la fractura o la aparición de microgrietas y desconchamientos. El trabajo ha sido dividido en dos partes bien diferenciadas. Primeramente, se ha realizado un estudio del proceso, obteniéndose los parámetros fundamentales (el umbral de ablación y el coeficiente de incubación) y se ha procedido a una parametrización de la anchura y altura de microcanales en función de la densidad de energía y el avance relativo en el movimiento muestra-láser. Posteriormente, estos resultados han permitido el micromecanizado de estructuras sencillas, como cajeras, orificios y estructuras en “V”. Finalmente, se presenta una aplicación práctica que muestra el interés tecnológico del proceso. Así, se han realizado microcalentadores en LTCC como etapa inicial en el desarrollo de un sensor de monóxido de carbono químico-resistivo. Estos permiten el calentamiento de un área de 1mm x 1mm hasta una temperatura de 490ºC sin apenas disipación de calor al área circundante.
Palabras clave:Cerámicas LTCC, micromecanizado láser, sensores de gas
Femtosecond laser micromachining of LTCC ceramics. Fabrication of microhotplates for a carbon monoxide sensor
In present work, the processability of LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) by means of femtosecond laser ablation is shown. This kind of material, with a clear technological interest in the development of microsensors, possesses a high mechanical fragility in the sintered state and, consequently, contact methods for micromaching (micromilling, microgrinding, etc.) lead to fracture or the appearance of microcracks. The paper has been structured in two different parts. Firstly, a detailed study of the process has been performed, obtaining the fundamental parameters, as ablation threshold and incubation factor and a parametrization of width and height of microchannels as a function of fluence and feedrate. Afterwards, these results have allowed the fabrication of simple structures as boxes, passing-through holes and 21/2D structures. Finally, the technological interest of the material and the process is shown. This way, microheaters in LTCC have been fabricated as initial stage of a carbon monoxide chemoresistive sensor. The system allows the heating of a 1mm x 1mm area up to 490ºC with almost no heat dissipation to the surrounding area.
Key words:
LTCC ceramics, laser micromachining, gas sensors.
197-204
E. ESCUDER SILLA, J. ALBA FERNÁNDEZ, J. RAMIS SORIANO
Escuela Politécnica Superior de Gandia, Universidad Politécnica de Valencia,
Crtra. Nazaret-Oliva (S / N), 46730 Gandia
España
En este artículo se aplica el modelo de Ookura & Saito para determinar el aislamiento acústico a ruido aéreo de sistemas constructivos basados en vidrios. En concreto, los cálculos que se presentan son para vidrios monolíticos de distintos espesores y para vidrios laminados de diferentes tipos. Existen diferentes modelos de predicción del comportamiento acústico a ruido aéreo de estructuras multicapa (y los vidrios laminados pueden considerarse como tales). En todos ellos, los datos de entrada son las constantes elásticas y el factor de pérdidas. Tanto los vidrios monolíticos como la capa intermedia se han caracterizado siguiendo diferentes normativas. Los resultados se comparan con medidas experimentales y con datos recogidos del estudio de Marsh (1), obteniéndose un grado de ajuste aceptable
Palabras clave:acristalamientos de vidrio monolítico y laminado, aislamiento acústico, prediccion.
Airborne Sound Insulation of Glazing Systems.
In this paper, the Ookura & Saito model is applied to determine the Airborne Sound Insulation of glazing systems. In particular, the calculations that appear are for monolithic glasses of different thicknesses and laminated glasses from different types. There are different prediction models of the airborne acoustic behaviour of multilayer panels (and the laminated glasses can be considered like such). In all of them, the input data are the elastic constants and the loss factor. The monolithic glasses and the intermediate layer have been characterized according to different Standards. The results are compared with experimental measurements and data of the study of Marsh (1), obtaining a range of acceptable adjustment.
Key words:
glazing systems, Airborne Sound Insulation, prediction.
205-212
J.M. JIMÉNEZ, R. CALABRÉS, S. GUZMÁN, J.M. MOTA*
Dpto. Ciencia e Ingeniería de Materiales e Ingeniería Química. Universidad Carlos III de Madrid
Avda. de la Universidad 30, 28911 Leganés, Madrid.
El objeto del presente trabajo consiste en adecuar distintos métodos para la incorporación de materiales de refuerzo como el SiC y B4C a materiales compuestos de carbono, reforzados con fibra de carbono. Se utilizaron breas de impregnación de petróleo (en frío y en caliente) y tolueno como vehículos para la incorporación de los materiales de refuerzo y materiales inhibidores de oxidación como B2O3, H3BO3 y B4C a las matrices de C/C. Se utilizaron crisoles herméticos con grafito en polvo en su interior para obtener la carbonización de las muestras. Se emplearon atmósferas fuertemente oxidantes para provocar la oxidación y degradación de la matriz compuesta tras el proceso de carbonización.
También se evaluaron cuáles de los métodos ensayados producen un mayor incremento de las propiedades mecánicas y protección contra la oxidación de los materiales finales obtenidos. Los distintos materiales ensayados fueron estudiados mediante técnicas como microscopía electrónica de barrido y microanálisis mediante energías dispersivas. Así mismo, se evaluaron los resultados de los ensayos de flexión obtenidos
Palabras clave:Materiales compuestos C/C, oxidación, propiedades mecánicas, infiltración.
Infiltration of reinforcement materials in the oxidation behaviour and the mechanical properties to carbon fiber reinforced carbon matrix (C/C) composites
In the present study, attention was focused on the adaptation of different methods in order to incorporate reinforcement materials just like SiC and B4C to carbon fiber reinforced carbon matrix (C/C) composites. Hot petroleum pitch impregnation and also at room temperature, and toluene were used as drivers to incorporate reinforcement materials and oxidation inhibitors, just like B2O3, H3BO3 and B4C to (C/C) matrix. Hermetic crucibles and graphite have been used in order to obtained carbonization process. Oxidizing atmospheres were used in order to improve the oxidation matrix after the carbonization process. Different methods of infiltration have been evaluated in order to test which of these produce bigger increment on mechanical properties and oxidation protection of the final materials. The different tested materials were studied by means of techniques like scanning electron microscopy (SEM) and micro-analysis by energy dispersive spectroscopy (EDS). Results of flexural test were finally compared.
Key words:
Carbon/carbon composites, oxidation, mechanical properties, infiltration
213-217
N. Carmona1, M. Garcia-Heras1-2, E. Herrero1, K. Kromka3, J. Faber3, M.A. Villegas1,*
1 Centro Nacional de Investigaciones Metalurgicas (CENIM), CSIC
Avda. Gregorio del Amo, 8. 28040 Madrid. Spain
2Instituto de Historia (IH), CSIC. C. Serrano, 13. 28001 Madrid, Spain
3Instutute of Environmental Engineering, PAN, Cracow Branch
ul. Lipowa 3, 30-702 Cracow. Poland
Los sensores a base de recubrimientos vítreos sol-gel dopados con ácido 2[4-(dimetil-amino) fenilazo] benzoico son capaces de cambiar su absorción óptica cuando se someten a distintas concentraciones de iones H3O+ y OH-. La respuesta de los sensores en ensayos de campo se estudió en Cracovia (Polonia) variando el procedimiento normal de uso, con el fin de mejorar su respuesta. Se midieron tanto los parámetros ópticos de los sensores como las condiciones ambientales (temperatura, humedad, presión y concentraciones de SO2 y de NOx). La respuesta de los sensores se analizó en términos de los cambios de su absorción visible. Dichos cambios se deben a reacciones locales de neutralización que tienen lugar en la superficie de los sensores, debido al efecto conjunto de los contaminantes de carácter ácido y a la humedad ambiental. Se establecieron correlaciones entre la concentración del contaminante principal (SO2) y la respuesta de los sensores para elaborar una calibración directa entre la absorción óptica y el pH ambiental. Los sensores pueden detectar y evaluar la acidez ambiental, así como alertar sobre la concentración de contaminantes ácidos que pueden dañar a la mayoría de los materiales históricos.
Palabras clave:recubrimientos vítreos, sol-gel, sensores, acidez ambiental, conservación del Patrimonio
Mejora de sensores vítreos sol-gel para la conservación preventiva de materiales históricos frente a la acidez.
Sensors based on sol-gel glassy coatings doped with 2[4-(dimethyl-amino) phenylazo] benzoic acid are able to change their optical absorption when they are submitted to different concentration of H3O+ and OH-. The sensors behaviour in field tests was studied in Cracow (Poland), varying the normal procedure of operation to improve their response. Both the sensors optical parameters and the environmental conditions (temperature, humidity, pressure, SO2 and NOx concentrations) were measured. The sensors response was analysed in terms of their visible absorbance changes, which are due to local neutralisation reactions in the sensors surface by the join effect of acid pollutants and humidity. Correlations between the main acid pollutant (SO2) concentration and the sensors response are established to provide a relation between the optical absorption and the environmental pH. The sensors are able to detect and monitorise environmental acidity, as well as to alert on the pollutant concentration that may damage most of the historical materials
Key words:
glassy coatings, sol-gel, sensors, environmental acidity, Heritage conservation.
218-224
J. C. Ruiz-Morales1,*, H. Lincke1, D. Marrero-López1, J. Canales-Vázquez2 and P. Núñez1
1) Dpt. Inorganic Chemistry, University of La Laguna, CP: 38200, Tenerife, Canary Islands, Spain.
2) Renewable Energy Research Institute, Albacete Science and Technology Park, 02006 Albacete, Spain
Un material comúnmente utilizado como interconector ha sido probado como electrodo para un nuevo concepto de Pila de Combustible de Óxidos Sólido, en el cual el mismo material se utiliza, simultáneamente, como interconector, ánodo y cátodo. Hemos encontrado que una cromita típica como La0.7Ca0.3CrO3-δ (LCC) puede ser considerada una buena candidata para dicha configuración, debido a sus altas conductividades eléctricas tanto en condiciones reductoras como oxidantes y una aceptable actividad catalítica para la reducción del oxígeno y la oxidación del hidrógeno. El diseño simétrico permite obtener rendimientos del orden de 100mWcm-2 a 950ºC, utilizando O2 e H2 como oxidante y combustible, respectivamente. Rendimientos que superan los 300mWcm-2 pueden predecirse para pilas con electrolitos de YSZ de 100 µm de grosor.
Palabras clave:Pilas de Combustible de Óxido Sólido, electrodos simétricos, interconector, YSZ, cromitas.
Lanthanum chromite materials as potential symmetrical electrodes for Solid Oxide Fuel Cells
A commonly used interconnector material has been tested as electrode for a new concept of Solid Oxide Fuel Cell, where the same material could be used, simultaneously, as interconnector, anode and cathode. We have found that a typical substituted chromite, such as La0.7Ca0.3CrO3-δ (LCC) can be considered a good candidate for such configuration, due to its high electronic conductivity in both reducing and oxidising conditions, and moderate catalytic properties for oxygen reduction and hydrogen oxidation. The symmetrical design renders performances of 100 mWcm-2 at 950ºC, using O2 and H2 as oxidant and fuel respectively. Performances exceeding 300 mWcm-2 can be predicted for a 100µm-thick YSZ electrolyte.
Key words:
Solid Oxide Fuel Cell, symmetrical electrodes, interconnector, YSZ, Chromites
3
103-118
S. BUENO, C. BAUDÍN
Instituto de Cerámica y Vidrio (CSIC). C. Kelsen 5,
28049 Madrid (España)
El uso de los materiales cerámicos en aplicaciones estructurales está limitado por la falta de fiabilidad asociada a su comportamiento frágil durante la fractura. Para extender su aplicación se ha propuesto el diseño de microestructuras que presenten tolerancia a los defectos debido a la actuación de mecanismos de refuerzo.
Este trabajo es una puesta al día sobre el estudio del comportamiento mecánico de los materiales cerámicos estructurales y su caracterización. En primer lugar, se revisan los parámetros de fractura utilizados para caracterizar materiales frágiles y los criterios de control estadístico que permiten determinar la probabilidad de que se sobrepasen los factores de seguridad exigidos en cada aplicación. A continuación, se discuten los mecanismos de refuerzo que se pueden desarrollar en los materiales cerámicos a través del diseño microestructural.
En los materiales cerámicos en los que la actuación de mecanismos de refuerzo conduce a un comportamiento significativamente distinto del puramente frágil, los parámetros derivados del tratamiento lineal elástico (factor crítico de intensidad de tensiones, KIC, y tasa crítica de liberación de energía, GIC), determinados experimentalmente, dejan de ser propiedades intrínsecas del material, independientes del tamaño de grieta y el sistema de carga. El presente trabajo revisa los parámetros mecánicos propuestos para la evaluación de la tenacidad de fractura de los materiales cerámicos reforzados y los métodos utilizados para su determinación. Se analizan los siguientes parámetros mecánicos: trabajo de fractura (γWOF), valor crítico de la integral J (JIC) y curva R. Para su determinación se proponen ensayos de fractura estable, que aseguran que la energía suministrada durante el ensayo se emplea únicamente en la propagación de la grieta.
Palabras clave:Microestructura, Tensión de fractura, Módulo de Weibull, Tenacidad de fractura, Mecanismos de refuerzo.
Mechanical behaviour of structural ceramics
The use of ceramic materials in structural applications is limited by the lack of reliability associated with brittle fracture behaviour. In order to extend the structural use of ceramics, the design of microstructures which exhibit flaw tolerance due to toughening mechanisms which produce an increase in crack growth resistance during crack propagation has been proposed.
This work is a review of the mechanical behaviour of structural ceramic materials and its characterisation. Firstly, the basic brittle fracture parameters and the statistical criteria to determi ne the probability of exceeding the safety factors demanded for a particular application are analysed. Then, the toughening mechanisms which can be developed in the materials through microstructural design as well as the mechanical characterisation of toughened ceramics are discussed. The experimental values of linear elastic fracture toughness parameters (critical stress intensity factor, KIC, and critical energy release rate, GIC) are not intrinsic properties for toughened materials and depend on crack length and the loading system. In this work, the different mechanical parameters proposed to characterise such materials are reviewed. The following fracture parameters are analysed: work of fracture (γWOF), critical J-integral value (JIC) and R-curve. For the determination, stable fracture tests are proposed in order to ensure that the energy provided during the test is no more than the necessary one for crack propagation.
Key words:
Microstructure, Strength, Weibull modulus, Fracture toughness, Toughening mechanisms.
119-122
J. C. DIEZ, M. A. MADRE, A. SOTELO, J. I. PEÑA
Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (UZ-CSIC)
Dpto. Ciencia y Tecnología de Materiales y Fluidos
C/Mª de Luna, 3. 50018-Zaragoza
Este trabajo presenta un estudio de muestras crecidas direccionalmente del sistema Al2O3-ZrO2 (3 mol% Y2O3) en su composición eutéctica con pequeñas adiciones de óxido de titanio (1% de TiO2 en peso). Se analizan los cambios microestructurales inducidos por esta adición mediante SEM (EDX) y se estudian los cambios en su comportamiento mecánico medido por flexión en tres puntos, así como la tenacidad de fractura mediante indentación Vickers. Con velocidades lentas de solidificación (10 mm/h) se obtiene en ambos casos una microestructura homogénea e interpenetrada, mientras que a velocidades mayores, 300 y 1000 mm/h, se forma una estructura en las que las fases se organizan en forma de colonias o células, siendo éstas de menor tamaño en las muestras dopadas. Esta disminución en el tamaño viene acompañada de un aumento de la tenacidad de fractura medida por indentación.
Palabras clave:Al2O3-ZrO2, eutéctico, solidificación direccional, TiO2
Study of directionally solidified eutectic Al2O3-ZrO2(3%Y2O3) doped with TiO2
An study of directionally grown samples of the eutectic composition in the Al2O3-ZrO2 (3 mol% Y2O3) system, with small TiO2 additions (1 wt%), is presented. The microstructural changes induced by this addition are analysed using SEM (EDX) techniques. The mechanical changes, when TiO2 is added, are studied by measuring the flexural strength by three point bending. Also, the toughness is determined by Vickers indentation method. When slow growth rates (10 mm/h) are used, interpenetratred and homogeneous microstructure is obtained, independently of the TiO2 doping. When growth rates are higher (300 and 1000 mm/h) the structure changes and the phases are organized in form of colonies or cells, which have smaller size when TiO2 is present. This size reduction is accompanied with an increase of the toughness.
Key words:
Al2O3-ZrO2, eutectic, directional solidification, TiO2 doping
123-126
I.G. Cano, S. Dosta, J.R. Miguel, J.M. Guilemany
Centro de Proyección Térmica (CPT). Dpt. Ciència dels Materials i Enginyeria Metal.lúrgica.
Universitat de Barcelona. C/Martí i Franqués, 1.
08028 Barcelona. Spain
Recientes investigaciones en el campo de los materiales cerámicos han dado cuenta de la importancia de la metaestabilidad para obtener estructuras con características singulares. Durante la consolidación del material las fases mestaestables se transforman en una estructura donde se produce la inhibición del crecimiento de grano. Este efecto es una consecuencia directa de la inmiscibilidad de dos fases en estado sólido. Los nanocomposites conseguidos, gracias a su pequeño tamaño de grano y a su estructura uniforme, exhiben unas interesantes propiedades como elevada dureza y tenacidad.
Estas fases metaestables pueden ser producidas por diversas técnicas entre las que se encuentra la proyección térmica. En concreto en este trabajo se ha empleado la Proyección por plasma (APS). Las fases de partida inmiscibles, son fundidas y homogeneizadas durante su corta estancia en la zona caliente del plasma. Seguidamente, las partículas fundidas y aceleradas por el plasma, se someten a un enfriamiento rápido o temple (quenching) en un medio líquido, como el agua o en un substrato enfriado con nitrógeno líquido, formándose a través de este proceso las fases metaestables.
El principal objetivo de este trabajo ha sido la obtención de polvos cerámicos metastables a través de la aplicación de APS y el establecimiento de un proceso de temple conducente a la formación de fases metastables así como la caracterización estructural de éstas. Como última etapa del trabajo se han estudiado los materiales nanoestructurados conseguidos tras realizar tratamientos térmicos.
Palabras clave:Metaestabilidad, Proyección térmica, Materiales Nanoestructurados, APS.
Structural metastability through thermal spray.
Recent research in the field of nanostructured ceramic materials has underscored the importance of using feedstock powders with metastable phases. During material consolidation the metastable structure evolves into a dual structure where the grain growth stops when the crystallites reach their respective equilibrium grain size. The mutual suppression of the grain growth is a direct consequence of the immiscibility of the two phases in the solid state. Due to their small grain size and uniform structure, these nanocomposites exhibit very interesting properties such as higher hardness and toughness.
Metastable structures can be produced using Atmospheric Plasma Spray (APS) technique from commercially available micron-sized feedstock powders. The starting immiscible phases become molten and are homogenized during their short residence in the hot zone of the plasma jet. Afterwards, the molten droplets accelerated by the plasma jet are quenched in a liquid medium, such as water, or onto a nitrogen chilled substrate forming metastable phases.
The main target of this work has been the synthesis of metastable ceramic powders through atmospheric plasma spraying (APS) and quenching route. The viability for producing these metastable phases and the structural characterization have been carried out.
Key words:
Metastability, Thermal Spray, Nanostructured Materials, APS.
127-130
A. ESSAFTI
Laboratorio de physique du Solide et des couches minces, département de physique,
Faculté des Sciences Semlalia, Université Cadi Ayyad,
BP 2390, 40000 Marrakech, Marruecos
Se depositaron películas de nitruro de boro (BN) sobre sustratos de silicio mediante CVD térmico utilizando mezclas de diborano y amoníaco. Se estudió el efecto de la temperatura de deposición (T), en el rango 500 – 1000 oC, sobre las características estructurales y ópticas de las muestras de BN. La velocidad de deposición alcanza su máximo (1600 Å/min) a T = 900 oC. La energía de activación (Ea) de la reacción NH3 + B2H6, determinada a partir de la representación de Arrhenius, es de 13.6 kcal/mol en el rango 500 – 900 oC. La espectroscopia IR reveló la existencia de diferentes bandas correspondientes a enlaces B‑H, N‑H y B-N. La concentración de especies B-H y N-H está por debajo del nivel de detección mediante IR en las películas de BN depositadas a T ≥ 800 oC. El análisis químico por espectroscopia XPS muestró la presencia de enlaces B‑B y B‑N. Al aumentar la temperatura de deposición se produce una disminución de los enlaces B‑B, lo que favorece la formación de BN casi-estequiométrico a T = 1000 oC. A esta temperatura las películas resultantes de BN son altamente transparentes con un índice de refracción de 1.7. Las películas de BN depositadas a T ≤ 900oC son amorfas, sin embargo a T = 1000oC cristalizan parcialmente con una estructura turbostrática.
Palabras clave:nitruro de boro, CVD, temperatura de deposición, energía de activación.
Effect of the deposition temperature in the structural and optical characterics of boron nitride thin films obtained by CVD
Boron nitride (BN) thin films were deposited on silicon substrates by thermal CVD using mixtures of ammoniac and diborane. The effect of the deposition temperature (T) on the structural and optical characteristics of the BN samples was studied in the temperature range of 500 – 1000
oC. The deposition rate reached its maximum (1600 Å/min) at T = 900
oC. The activation energy (Ea) of the reaction NH
3 + B
2H
6, determined from the Arrhenius plot, is of 13.6 kcal/mol in the 500 – 900
oC range. The Infrared spectroscopy revealed the existence of different bands corresponding to B-H, N-H and B-N bonds. The concentration of B-H and N-H species is below the detection limit of IR spectroscopy in the BN films deposited at T ≥ 800
oC. The chemical analysis by XPS spectroscopy showed the presence of B-B and B-N bonds. An increase of the deposition temperature lead to a decrease of B-B bonds, which favors the formation of quasi-stoichiometric BN at T = 1000
oC. At this temperature, the resulting BN films are highly transparent with a refractive index of 1.7. The BN films deposited at T ≤ 900
oC are amorphous, nevertheless at T = 1000
oC they are partially crystallized with a turbostratic structure.
Key words:
boron nitride, CVD, deposition temperature, activation energy.
131-137
J. Y. Pastor1, Á. Ridruejo1, J. LLorca1, A. Sayir2, Víctor M. Orera3
1Departamento de Ciencia de Materiales. Universidad Politécnica de Madrid.
E. T. S. de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. 28040 Madrid.
2NASA Glenn Research Center, Cleveland, OH 44135-3191, U. S. A.
3Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón
C.S.I.C.- Universidad de Zaragoza. 50009 – Zaragoza.
Partiendo de fibras monocristalinas de ZrO2(Er2O3) tetragonal fabricadas por un procedimiento de fusión zonal con láser (LHFZ), se efectuaron ensayos de flexión en los que se medía la resistencia mecánica en función de la temperatura (25 a 800 ºC) y el medio (aire o agua). Los ensayos fueron realizados a distintas velocidades con objeto de establecer la susceptibilidad a las condiciones ambientales. La susceptibilidad ambiental de la ZrO2(Y2O3) se había asociado siempre a la desestabilización de la fase tetragonal, pero el análisis de las superficies de fractura mediante microscopía electrónica de barrido y espectroscopia Raman confocal muestran una ausencia completa de fase monoclínica en las superficies de fractura de las fibras. Esta ausencia, junto con los ensayos complementarios sobre fibras sometidas a tratamientos de recocido para eliminar las tensiones residuales provenientes del procesado, indican que el crecimiento subcrítico de grieta se debe a un mecanismo de corrosión bajo tensión.
Palabras clave:circona, erbia, estructura tetragonal, susceptibilidad al ambiente, crecimiento subcrítico de grieta, corrosión bajo tensión.
Environmental degradation of the mechanical properties of single-crystal erbia-doped zircona fibers
The flexure strength of tetragonal ZrO
2(Er
2O
3) single-crystal monofilaments manufactured by the laser-heated floating zone method was measured as a function of the environment (air vs. water) and temperature (from 25 to 800ºC) at loading rates spanning three orders of magnitude to ascertain their susceptibility to the environmental conditions. These mechanical tests were completed with parallel tests on fully-annealed monofilaments (to relieve the thermal residual stresses induced during growth) and by detailed analysis of the fracture surfaces using scanning electron microscopy and micro-Raman spectroscopy. While environmental susceptibility of ZrO
2(Y
2O
3) in previous investigations was always associated with the destabilization of the tetragonal phase, monoclinic phase was not detected on the fracture surfaces of the ZrO2(Er2O
3) monofilaments and it was concluded that slow crack growth in this material at high temperature or immersed in water was due to stress-corrosion cracking.
Key words:
zircona, erbia, tetragonal structure, environmental susceptibility, slow crack growth, stress-corrosion cracking
138-144
J. A. Toledo-Fernández, R. Mendoza-Serna, V. Morales-Flórez, N. de la Rosa-Fox, A. Santos¤,
M. PiñeroX, L. Esquivias
Departamento de Física de la Materia Condensada, Facultad de Ciencias,
¤Departamento de Cristalografía y Mineralogía, CASEM
XDepartamento de Física Aplicada, CASEM
Universidad de Cádiz
C/ República Saharaui, s/n. 11510 Puerto Real, España.
Es posible preparar materiales híbridos inorgánico-orgánicos incorporando una fase orgánica sobre un sol obtenido por hidrólisis de metalorgánico mientras se aplican ultrasonidos de alta potencia. Cuando las dos fases quedan químicamente enlazadas resulta un sono-ormosil (de ORganic MOdified SILicate) conocido también como ormosil duro. Unas de las aplicaciones de estos materiales atañe el dominio de la biotecnología pues llegan a ser bioactivos cuando contienen Ca, cumpliendo con ello el primer requisito para su validez como implantes óseos. La fuente de calcio, seleccionada para optimizar el proceso de secado supercrítico en etanol, ha sido partículas de wollastonita, (CaSiO3), material bioactivo, lo que al influir sobre el volumen poroso y el radio de los poros, permite controlar la densidad y situar la resistencia mecánica en el intervalo de valores propios de los huesos humanos esponjosos. Por otra parte, los poros pueden hacerse químicamente activos y usarse como soportes estructurales para la captación y fijación de gases.
Palabras clave:Sol-gel, materiales híbridos orgánico-inorgánico, aerogeles bioactivos, captación de gases.
Aerogels with applications in biomedicine and environment
It is possible to synthesise inorganic-organic hybrid materials incorporating the organic phase to a sol prepared from a metal organic under high power ultrasounds. When both phases are chemically bonded a sono-ormosil (from ORganic MOdified SILicate) results, also known as hard ormosil. One of the applications of these materials concerns the biotechnologies since they become bioactive when are doped with Ca, fulfilling this way the preliminary condition to be considered for bone implants. The addition of silicate particles allows modifying the pore volume and radius. We have used these gels with particles, as precursor of the bioactive component, in order to act on the porosity for controlling the density and adequate the mechanical strength to that of the human cancellous bone. In like manner, the pores becomes chemically active and be used as structural support for noxious atmospheric gas sequestration.
Key words:
Sol-gel, hybrid organic-inorganic materials, bioactive aerogels, gases sequesters.
145-152
R. Fort, M.J. Varas, E. Pérez-Monserrat, J. Luque, M. Álvarez de Buergo, C. Vázquez-Calvo
Instituto de Geología Económica (CSIC-UCM), Facultad de CC. Geológicas
C/ José Antonio Novais, 2. Ciudad Universitaria.
28040. Madrid. Spain.
El recinto amurallado de Talamanca de Jarama tiene una larga historia llena de conflictos bélicos que lo han destruido en numerosas ocasiones. Por este motivo, la muralla ha sufrido numerosas etapas de reconstrucción y ampliación (s.IX, s.XIII, s.XIV y s.XVII), a las que hay que añadirle numerosas intervenciones de restauración en el último siglo (s.XX). Los ladrillos junto con los tapiales y las piedras son los principales materiales de construcción identificados.
Los ladrillos estudiados por microscopía de luz polarizada (MO), difracción de rayos X (DRX), espectroscolorometría, ultrasonidos y porosimetria de intrusión de mercurio, han permitido diferenciar cinco tipos, pertenecientes a distintas épocas de fabricación. Son los ladrillos más antiguos (tipo I) y los más modernos (tipo V), los que más diferencias muestran entre sí. En general, los cinco tipos de ladrillos presentan heterogeneidades debidas a una fabricación deficiente y que son las responsables del proceso de deterioro que les afecta, aunque estos ladrillos hayan sido colocados recientemente, en la última intervención.
Palabras clave:ladrillos históricos, recinto amurallado, técnicas no destructivas.
Bricks of the walled complex of Talamanca de Jarama, Madrid: Criteria for their differentiation
The walled complex of Talamanca de Jarama has a long history of wars that have destroyed it several times. Due to this fact, the Wall has gone through many reconstruction and enlargement processes (9th, 13th, 14th and 17th century), to which the restorations performed during the last century (20th) must be added. The main building materials are bricks together with rammed-earth and stones.
The bricks studied under Polarizing Microscopy (OM), X-ray powder diffraction (XRD), spectrocolourimetry, ultrasounds and mercury intrusion porosimetry (MIP), allowed us to distinguish five types, each of them belongs to different manufacturing periods. The oldest bricks (type I) and the most recent ones (type V), are those that differentiate the most. The five types of bricks show heterogeneities due to a deficient manufacture, which is responsible for their decay process, despite the fact that these bricks have been placed recently, during the last intervention.
Key words:
historic bricks, walled complex, non-destructive techniques.
153-162
M. GARZA-GARCÍA1, J. LÓPEZ-CUEVAS1,2, C. A. GUTIÉRREZ-CHAVARRÍA1, J. C. RENDÓN-ANGELES1 and J. F. VALLE-FUENTES3
1CINVESTAV-IPN, Unidad Saltillo,
Carretera Saltillo-Monterrey, Km. 13.5, 25900, Ramos Arizpe, Coahuila, México.
2CIQA, Blvd.
Enrique Reyna nº 140, 25253, Saltillo, Coahuila, México.
3Instituto de Cerámica y Vidrio, C.S.I.C,
c/ Kelsen nº 5, Cantoblanco, 28049, Madrid, Spain.
En el presente trabajo, se estudia el comportamiento no lineal mostrado por la temperatura de transición vítrea y por la resistencia a la compresión de vidrios del sistema CaO-MgO-Al2O3-SiO2, cuando una parte del CaO contenido en los mismos es sustituido por una mezcla de BaO/SrO, en relación molar variable. Factores importantes para que se de este comportamiento son la diferencia entre pesos atómicos, radios iónicos e intensidad de campo de los iones Ba2+ y Sr2+ y los del propio ión Ca2+. Otro factor considerado ha sido la probable existencia de una separación de microfases originada por la adición de BaO y/o SrO, junto con la presencia de flúor y magnesio en los vidrios. Otras propiedades estudiadas, en función del CaO sustituido, han sido la densidad, el volumen molar del vidrio, el volumen molar del oxígeno, la fracción de empaquetamiento, y la resistencia química en medios acuosos neutros, básicos y ácidos. En general, el refuerzo estructural del retículo vítreo causado por la sustitución parcial del CaO por una mezcla de BaO/SrO viene acompañada por una mejora en la resistencia alcalina, lo que hace que estos materiales sean adecuados para aplicaciones en ambientes corrosivos y especialmente en medios básicos.
Palabras clave:Efecto alcalinotérreo mixto; sistema CaO-MgO-Al2O3-SiO2; propiedades de los vidrios.
Study of a Mixed Alkaline–Earth Effect on Some Properties of Glasses of the CaO-MgO-Al2O3-SiO2 System
In the present work, we studied a “Mixed Alkaline–Earth Effect”, i.e. the non-linear behaviour showed by the glass transition temperature as well as by the compressive strength of glasses of the CaO-MgO-Al2O3-SiO2 system, when a part of the CaO contained in them was substituted by a BaO/SrO mixture, in variable molar proportions. An important factor for the occurrence of this phenomenon was the difference in atomic weight, ionic radii and field strength of the Ba2+ and Sr2+ ions in comparison with those corresponding to the Ca2+ ion. Another factor considered was the likely occurrence of a microphase separation caused by the addition of BaO and/or SrO, together with the presence of F- and Mg2+ in the glasses. Other glass properties studied as a function of the CaO substitution level were density, glass molar volume, oxygen molar volume, packing fraction, and chemical resistance in neutral, basic and acidic aqueous media. In general, the structural reinforcement of the glass network caused by the partial substitution of CaO by a BaO/SrO mixture was accompanied by an improvement in the alkaline resistance of the materials, which were found to be suitable for applications in corrosive environments, especially in basic media.
Key words:
Mixed alkaline–earth effect; CaO-MgO-Al2O3-SiO2 system; glass properties.
2
45-55
P.N. De Aza,* A.H. De Aza, P. Pena and S. De Aza
Desde finales de los años sesenta, se ha despertado un gran interés por el uso de los materiales biocerámicos para aplicaciones biomédicas.
En un trabajo previo, los autores hicieron una revisión de los denominados materiales biocerámicos cristalinos en sentido estricto, es decir, de aquellos materiales, constituidos por compuestos inorgánicos no metálicos, cristalinos y consolidados mediante tratamientos térmicos a altas temperaturas. En el presente trabajo, los autores revisan el desarrollo de los vidrios bioactivos (biovidrios) y de las vitrocerámicas bioactivas. Si bien todos ellos son obtenidos también por tratamiento térmico a altas temperaturas, los primeros son amorfos y los segundos son obtenidos por desvitrificación de un vidrio, si bien la fase vítrea normalmente predomina sobre las fases cristalinas.
Después de una introducción al concepto de material bioactivo, se expone una breve revisión histórica del desarrollo de los vidrios bioactivos. A continuación se describe su obtención, reactividad en suero fisiológico artificial, mecanismo de unión al tejido vivo y resistencia mecánica de la interfaz hueso-implante. Posteriormente, se expone el concepto de material vitrocerámico y el proceso de su obtención así como también se describen los principales tipos de vidrios y vitrocerámicos bioactivos (Bioglass®, Ceravital®, Cerabone®, Ilmaplant® and Bioverit®), sus composiciones, sus propiedades físico-químicas y sus comportamientos biológicos. Finalmente, se lleva a cabo también una corta revisión de los recubrimientos con vidrios bioactivos y de los materiales compuestos (composites) bioactivos así como de los usos más comunes de los vidrios y vitrocerámicos bioactivos.
Palabras clave:Vidrios bioactivos, Biovidrios, Vitrocerámicos bioactivos, Recubrimientos bioactivos, Composites bioactivos.
Bioactive glasses and glass-ceramics
Since the late 1960´s, a great interest in the use of bioceramic materials for biomedical applications has been developed.
In a previous paper, the authors reviewed crystalline bioceramic materials “sensus stricto”, it is to say, those ceramic materials, constituted for non-metallic inorganic compounds, crystallines and consolidates by thermal treatment of powders at high temperature. In the present review, the authors deal with those called bioactive glasses and glass-ceramics. Although all of them are also obtained by thermal treatment at high temperature, the first are amorphous and the second are obtained by devitrification of a glass, although the vitreous phase normally prevails on the crystalline phases.
After an introduction to the concept of bioactive materials, a short historical review of the bioactive glasses development is made. Its preparation, reactivity in physiological media, mechanism of bonding to living tissues and mechanical strength of the bone-implant interface is also reported. Next, the concept of glass-ceramic and the way of its preparation are exposed. The composition, physicochemical properties and biological behaviour of the principal types of bioactive glasses and glass-ceramic materials: Bioglass®, Ceravital®, Cerabone®, Ilmaplant® and Bioverit® are also reviewed. Finally, a short review on the bioactive-glass coatings and bioactive-composites and most common uses of bioactive-glasses and glass-ceramics are carried out too.
Key words:
Bioactive-glasses, Glass-ceramics, Bioglasses, Bioactive-glass coatings, Bioactive-composites.
56-61
J. FRANCO-VÁZQUEZ, A. SOUTO-SERANTE, P. REY-RODRÍGUEZ, F. GUITIÁN-RIVERA
Instituto de Cerámica de Galicia. Av. Maestro Mateo s/n.
15706 Santiago de Compostela. A Coruña
El β-Ca3(PO4)2 (β-TCP) es un fosfato cálcico ampliamente empleado como material de relleno por la cirugía ortopédico restauradora en procesos de curación ósea, debido a su capacidad osteoconductora y alta tasa de biorreabsorción. Se emplea con distintas formas, tales como granulados, piezas compactas, piezas porosas, etc, dependiendo de la patología y el tipo de defecto óseo a tratar.
Como alternativa a las formas ya existentes en el mercado, en el presente trabajo se obtuvieron fibras policristalinas de β-TCP por extrusión de masas plásticas preparadas a partir de polvo de β-TCP y metilcelulosa (MC) en agua. Se estudió la reología de las pastas y su comportamiento frente al esfuerzo y a la temperatura. Las fibras presentan distintos grosores, y características, que se obtienen variando el diámetro de las boquillas, la composición y la reología de las pastas. Los diámetros obtenidos van desde 350 µm a 150 µm.
Finalmente se obtuvieron composites bifásicos β-TCP-Hidroxiapatito con microestructura controlada, utilizando las fibras de β-TCP como fase dispersa.
Palabras clave:β-Ca3(PO4)2 (β-TCP), (Ca10(PO4)6(OH)2, HA), Fibras policristalinas, Composites, Material de relleno óseo
Obtaining of β- Ca3(PO4)2 polycrystalline fibers for its employment as a filler in bone replacement material.
β-TCP is a calcium phosphate ceramic widely employed by orthopaedic restorative surgery as a filler material in bone healing processes, due to its great osteoconductive capacity and great resorption rates. This material is available in several forms such as powders, dense and porous blocks, etc, depending on the pathology and the osseous defect to be treated.
As an alternative to the β-TCP forms already available in the market, this work describes how to produce polycrystalline fibres by extruding plastic mixtures prepared with β-TCP powders, methyl cellulose (MC) and water. The rheology of the mixtures was studied versus time and frequency. The obtained fibres have different sizes and characteristics upon to the composition and rheology of the mixtures. The obtained diameters are between 150 µm and 350 µm.
Finally, it has been prepared biphasic composites β-TCP/Hidroxylapatite (HA) with controlled microstructure, by employing the obtained fibres.
Key words:
β-TCP, HA, polycrystalline fibres, bone replacement material, composites.
62-63
C. Lara, M.J. Pascual, A. Durán
Instituto de Cerámica y Vidrio, Campus de Cantoblanco, 28049 Madrid
Los vidrios de composición molar 50SiO2•30BaO•20ZnO (Zn1.5-50), 55SiO2•27BaO•18ZnO (Zn1.5-55), y 55SiO2•27BaO•18MgO (Mg1.5-55) presentan buenas propiedades para su aplicación en el sellado de pilas de combustible de óxido sólido de configuración plana y temperatura de operación intermedia (850ºC) (IT-SOFC). El sellado debe producirse a través de la sinterización del polvo de vidrio, durante el arranque de la pila, a temperaturas entre 700 y 850ºC. El tratamiento posterior a la temperatura de operación da lugar a la cristalización de silicatos de bario con el consiguiente aumento de viscosidad y rigidez del sello.
Este trabajo es un estudio del comportamiento de sinterización de estos vidrios utilizando diferentes velocidades de calentamiento y distribuciones de tamaño de partícula del polvo de vidrio, para la obtención final de sellos densos y homogéneos. Los vidrios Zn1.5-55 y Mg1.5-55 con un tamaño de partícula <63 µm y tratados a 2ºC/min alcanzan densidades finales superiores al 95%. Por otra parte, se ha demostrado el buen acuerdo entre las cinéticas de densificación obtenidas experimentalmente y las predichas por el modelo de sinterización de formación de Clusters en ausencia de cristalización concurrente.
Palabras clave:vitrocerámicos, sinterización, sellado, SOFC.
Sintering of glasses in the system RO-BaO-SiO2 (R= Mg, Zn) for sealing SOFC
Glasses of composition 50SiO2•30BaO•20ZnO, mol% (Zn1.5-50), 55SiO2•27BaO•18ZnO, mol% (Zn1.5-55), and 55SiO2•27BaO•18MgO, mol% (Mg1.5-55) present good properties for application in sealing planar solid oxide fuel cells with an intermediate temperature of operation (850ºC) (IT-SOFC). The sealing must take place on sintering the glass powder during the start-up of the cell between 700 and 850ºC. Further treatment at the operation temperature provokes the crystallisation of barium silicates with the subsequent increase of viscosity and seal rigidity.
This work is a study of the sintering behaviour of these glasses using different heating rates and particle-size distributions of the glass powder in order to obtain dense and homogeneous seals. The glasses Zn1.5-55 and Mg1.5-55 with a particle size <63 µm heated at 2ºC/min reach final densities higher than 95%. A good agreement has been demonstrated between the measured sintering kinetics and those predicted with the sintering model of Clusters formation in the absence of concurrent crystallisation.
Key words:
glass-ceramics, sintering, sealing, SOFC.
71-75
A. Fernández Canteli1, M.A. García Prieto1, M.J. Lamela Rey1, E. Castillo Ron2
1EPS de Ingeniería de Gijón. Universidad de Oviedo. Campus de Viesques. 33203 Gijón
2ETS de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Universidad de Cantabria. 39005 Santander
El presente artículo describe un modelo probabilístico de cálculo de placas de vidrio y el procedimiento que permite la determinación de la carga admisible en determinados tipos de vidrio, como propuesta de una nueva norma española de vidrio estructural. Una vez caracterizado el material, el modelo, implementado en el programa Windesign, permite el cálculo de la probabilidad de fallo para una placa de vidrio monolítico de dimensiones dadas sometida a una determinada carga, o en su caso, la determinación del espesor de placa capaz de resistir una carga conocida para una probabilidad de fallo dada. Asimismo se presenta un estudio comparativo entre los resultados obtenidos para el modelo aquí propuesto y varias normas extranjeras de vidrio, tales como la norma americana ASTM E 1300-02, la italiana UNI 7143-72, la francesa NFP 78-201-1 y la neozelandesa NZS 4223.
Palabras clave:Vidrio estructural, Modelo probabilístico, Mecánica de fractura, Norma de cálculo.
Design of glass elements in building: A proposal for the Spanish code.
This paper reports on a probabilistic model for design of glass plates and the procedure to determine the allowable load of specified types of glass, as a proposal for a new Spanish code for structural glass. After the experimental material characterization, the design model, implemented in the Windesign software, allows the user to calculate either the probability of failure of a monolithic glass plate for a given dimensions and specific loading, or to determine the plate thickness needed to withstand a known loading for a given probability of failure. Moreover, a comparative analysis among the results obtained by the model proposed here and the current foreign glass design standards, such as the American ASTM E 1300-02, the Italian UNI 7143-72, the French NFP 78-201-1 and the New Zealander NZS 4223 is presented.
Key words:
Structural glass, Probabilistic model, Fracture mechanics, Design code.
76-85
A. KRIZNAR*, J. HÖFLER**, A. RUIZ-CONDE*, P.J. SANCHEZ-SOTO*X
*Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla (ICMSE), Centro Mixto CSIC-US, c/Américo Vespucio nº 49, Centro de Investigaciones Científicas Isla de la Cartuja, Centro Mixto CSIC-US-Junta de Andalucía, Isla de la Cartuja, 41092-Sevilla
**Departamento de Historia del Arte, Facultad de Filosofía, Universidad de Ljubljana, Askerceva 2, 1000-Ljubljana (Eslovenia)
El presente trabajo forma parte de una investigación más amplia sobre pinturas murales góticas (S. XIII-XV). En concreto, se han estudiado las que se encuentran en el interior de varias iglesias de Eslovenia y que no habían sido estudiadas, hasta la fecha, por medio de técnicas instrumentales de análisis de materiales. Una de ellas está situada en la ciudad de Crngrob (Eslovenia) y se ha seleccionado como objeto de este estudio (Iglesia de la Anunciación de María). El estudio científico de las muestras en el ICMSE se basó, principalmente, en la preparación de una serie de secciones estratigráficas a partir de los fragmentos pequeños de las mismas para analizar las diferentes capas de mortero soporte y de la propia pintura. Se examinaron dichas preparaciones por varias técnicas, como son fotografía digital, microscopías óptica y electrónica (MEB), espectroscopía IR (reflexión) y EDX. Una información adicional sobre pigmentos y morteros se obtuvo mediante IR (transmisión), preparando pastillas con KBr, además de DRX.
Las muestras estudiadas pueden clasificarse en dos grupos que, a su vez, permiten apreciar dos formas de pintura mural. La primera es típica para pintura italiana gótica: fresco buono sobre varias capas de mortero, con empleo de polvo de mármol para hacerlo más liso y blanco. Los resultados obtenidos han permitido caracterizar e identificar los morteros y pigmentos inorgánicos empleados y que son apropiados para pinturas murales. A título de ejemplo, se han empleado óxidos de hierro para amarillo, naranja, rojo y verde, pero no se ha encontrado malaquita ni existen indicios de compuestos de cobre para el color verde. En capas más antiguas se ha encontrado cinabrio para el color rojo, típico de Italia. Las pinturas fueron realizadas sin emplear otro aglutinante que la propia cal procedente del mortero. Estas características y el empleo de cinabrio, sitúan las pinturas del 1400-1410 en la corriente artística italiana del Trecento. La segunda manera es típica del norte de Europa: técnica de una o dos capas de mortero, con una capa fina de cal superpuesta para dar mayor fuerza a la cal del mortero como aglutinante.
Teniendo en cuenta los resultados obtenidos en este estudio sobre los dos tipos de muestras estudiadas, se concluye que las corrientes italiana y norteeuropea se encontraron en territorio esloveno, lo que se aprecia tanto desde el punto de vista estilístico como científicamente. Investigaciones en esta temática ayudan a conocer mejor tanto el Arte de Europa Central y el de Eslovenia con la zona adriática, como el mapa general del Arte Europeo en el tiempo de la Edad Media.
Palabras clave:arqueometría, pigmentos, pinturas murales, gótico, cinabrio, morteros, Patrimonio Cultural, Historia del Arte
Archaeometric characterization of pigments and mortars from Gothic wall paintings (13-15th Centuries)
A novel investigation on samples of gothic wall paintings (13-15th Centuries) has been carried out. They were found in some Churchs of Slovenia, being not yet studied using technics of materials analysis. One of them is selected: the Church of “Anunciación de María”, city of Crngrob, Slovenia. The scientific investigation of the Gothic wall painting samples was mainly based in the preparation of the so-called stratigraphic sections (cross-sections) from the original small samples. This procedure allows to study the different layers of mortar as support and the painting itself. Next, these preparations were examined using several instrumental techniques commonly applied in materials characterization at the ICMSE, for instance, digital photography, optical and electronic microscopies, IR spectroscopy and EDX for chemical analysis. Aditional information concerning pigments and mortars was obtained by IR transmision spectroscopy using KBr pellets, as well as using XRD.
Samples studied at the ICMSE can be classified in two groups, which allows to appreciate two procedures or techniques of wall paintings performed at the Church of Crngrob. The first is typical of Gothic Italian paintings: technic of so-called fresco buono over several layers of mortars, using marble powder to get a white and smooth surface.
The results of the present study have also allowed to characterize and identify the inorganic pigments and mortars used in these wall paintings. They were found to be the appropiate for this kind of technical work. For instance, they have been applied iron oxides to get the yellow, orange and even green colours, but surprisingly it has not been found neither malachite (copper pigment of green colour) nor copper compounds to get a green colour. In older layers of wall paintings, the pigment cinnabar was used to get the red colour. It is a mineral used typically in Italy. As revealed in this research, no aglutinant except the lime coming from the mortar as support were used in these Gothic wall paintings. Moreover, this feature, besides of cinnabar application, allows to establish the 1400-1410 wall paintings in the artistic Italian current named Trecento. The second procedure to paint is a typical of North Europe: one or two layer of mortar with a fine layer of lime. This is used to improve the strenght of lime as an aglutinant in the mortar.
With this study, it is concluded that the Italian and North-European artistic currents met in Slovenian territory, which is appraisable as much stilistic (Art History) as scientific (Chemical and Physical analysis) point of views. This kind of investigation allows to know better the Central European Art and the Slovenian Art in the Adriatic zone, as well as the general map of European Art in the Middle Age.
Key words:
archaeometry, pigments, wall paintings, Gothic, cinnabar, mortars, Cultural Heritage, Art History.
86-90
L.E.G. Cambronero, J.M. Ruiz-Román, J.M. Ruiz-Prieto
Dept. Ingeniería de Materiales, ETSI Minas-UPM,
Ríos Rosas 21,
28003 Madrid
La descomposición de los componentes de la Pizarra durante su calentamiento en condiciones no oxidantes conduce a la obtención de espumas. Así, mediante la compactación en matriz a 80MPa de polvos de Pizarra de menos de 80 µm de tamaño de partícula y con adición de un aglomerante, se obtiene una densidad en verde próxima a 1,8 g/cm3. El calentamiento de estos compactos en atmósfera de N2-5% H2 permite alcanzar densidades de 2,2 g/cm3 a 1100ºC , mientras que a 1150ºC la espumación del compacto conduce a densidades inferiores a 0,4 g/cm3. La adición de Clínquer de cemento Portland (5% y 10% en peso) modifica la densidad de la espuma a 1150ºC , teniendo que elevarse la temperatura de sinterización a 1175 ºC para alcanzarse espumas con densidades próximas a 0,4 g/cm3 con un 10% de Clínquer. Estas espumas con Clínquer presentan un elevado tamaño de poro, así como una resistencia a compresión en el intervalo de resistencias de los vidrios espumados: 0,4-1,5MPa.
Palabras clave:Pizarras, Clínquer, vidrio espumado.
Characterization of slate foams with portland clinker additions
The decomposition of constituents of slates under non-oxidizing atmosphere leads to the manufacturing of foams. Thus die pressing at 80MPa of slates powders (particle size <80 microns) mixed with a solid agglomerate, allows a green density close to 1,8 g/cm3 . The heating of compacts under N2-5%H2 atmosphere allows to reach a final density of 2,2 g/cm3 at 1050ºC, meanwhile at 1150ºC the compact foaming leads to densities lower than 0,4 g/cm3. Clínquer addition (5% and 10%) modifies the foam density and pore size at 1150ºC. It is necessary to increase the sintering temperature up to 1175ºC to achieve densities close to 0,4 g/cm3 when a 10% of Clínquer is added. The foams with Clínquer shows a high pore size and a compression strength within the range of glass foams: 0.4-1.5MPa.
Key words:
Slates, Clínquer, glass foam.
91-96
F. Raupp-Pereira1, M. J. Ribeiro2, A. M. Segadães1, J. A. Labrincha1*
1 Ceramics and Glass Engineering Department, CICECO, University of Aveiro, 3810 - 193 Aveiro, Portugal
2 ESTG, Polytechnique Institute of Viana do Castelo, 4900 - 348 Viana do Castelo, Portugal
Este trabajo describe el estudio del desarrollo de fases durante el fraguado de diferentes formulaciones de clinker preparados con residuos industriales o subproductos, denominados barros (generados en los procesos de recubrimientos industriales por anodizado de Al, en procesos de filtración/depuración de agua potable y en procesos de corte de mármol) y arenas de fundición. Con el objeto de comparar, se prepararon formulaciones similares a partir de materias primas comerciales de alta pureza y procesadas en idénticas condiciones. Para sortear las restricciones experimentales de inherentes a la aguja de Vicat (esto es, grandes cantidades de material), se realizaron medidas de resistividad eléctrica en corriente alterna (a.c.) de espectroscopía de impedancia para seguir el proceso de hidratación y fraguado. Durante el fraguado, la evolución de la temperatura de las pastas de agua/cemento se registró. Los estudios de espectroscopía de impedancia mostraron ser un método fiable y en algunos casos, pueden emplearse como técnica sensible para detectar el inicio de las reacciones de hidratación.
Palabras clave:residuos, cemento, fraguado, espectroscopia de impedancia.
Setting behaviour of waste-based cements estimated by impedance spectroscopy and temperature measurements
This work describes the study of phase development during the setting of various clinker formulations prepared with industrial wastes or by-products, namely sludges (generated in the Al-anodising and surface coating industrial processes, in potable water filtration/cleaning operations and in the cutting process of natural marble) and foundry sand. For comparison, similar formulations were also prepared with commercial high purity grade raw materials and processed in identical conditions. To circumvent the experimental restrictions imposed by the use of Vicat’s needle (i.e. large amount of material), electrical resistivity measurements were conducted by alternate current (a.c.) impedance spectroscopy to follow the hydration process and setting behaviour. During setting, the temperature evolution of the water/cement pastes was also recorded. Impedande spectroscopy (IS) studies were found to be a reliable method and, in some systems, can be a more sensitive technique to detect on-going hydration reactions.
Key words:
wastes, cement, setting, impedance spectroscopy.
97-101
S. Martínez, T. Serrano, I. Gómez, A. Hernández
Facultad de Ciencias Químicas, UANL.
Av. Pedro de Alba s/n, Cd. Universitaria, San Nicolás de los Garza, N.L. México
En este trabajo se presentan los resultados de la síntesis de nanoparticulas semiconductoras de CdS por medio de microondas. Se usó Tioacetamida (TAA) y CdCl2 para la obtención de las nanoparticulas, se controló térmicamente con microondas a una potencia de 1000W, un tiempo de 60 segundos bajo el ajuste de diferentes valores de pH: 8, 9 y 10. Se caracterizaron los nanocompuestos mediante espectroscopia UV-Vis con reflectancia difusa, Análisis textural a partir de las isotermas de adsorción con N2 usando el método BET, Microscopia de Fuerza Atómica y Difracción de Rayos X en polvos. Los resultados del análisis textural demuestran una distribución de tamaño de poros estrecha, así como área superficial de hasta 106.4 m2/g. Los difractogramos indican la obtención de CdS con tamaños de cristal nanométricos, el cual fue confirmado por el análisis por espectroscopia de UV-Vis así como por fuerza atómica. Las curvas de absorbancia de UV-Vis indicaron una disminución de tamaño de nanopartículas en función del pH utilizado, así como un incremento en la energía de banda prohibida en relación inversa al tamaño de éstas, cuyos valores van desde 2.08 hasta 2.29 eV.
Palabras clave:microondas, semiconductor, CdS, nanoparticulas.
Synthesis and characterization of CdS NP’S by microwaves
This paper present the results of the synthesis and characterization of semiconductor nanoparticles of CdS by microwaves. Thioacetamide (TAA) and CdCl2 were the initial materials. The synthesis was carried out under controlled potency of 1000W, with 60 seconds on or off, as well as the pH was regulated to different values: 8, 9 and 10. The nanocompounds were analyzed by UV-Vis spectroscopy, Textural Analysis from adsorption isoterms with N2 by BET method, Atomic Force Microscopy and X-Ray Diffraction. Textural analysis shows the size of pore distribution narrow, as well as superficial area of 106.4 m2/g. AFM micrographies shown particle nanometrics, the results of X-Ray Difraction analysis probing the same. Spectras of UV-Vis shown that nanoparticle is less according the pH used in the synthesis, affecting the band gap energy.
Key words:
microwaves, semiconductor, CdS, nanoparticles.
1
1-6
S.H. Jazayeri1, A. salem2, G. timellini3, E. rastelli3
1 Department of Chemical Engineering, Iran University of Science and Technology (I.U.S.T.), Teheran, IRAN
2 Department of Chemical Engineering Sahand University of Technology (S.U.T), Tabriz, IRAN
3 Ceramic Center, Via Martelli 26, 40138 Bologna, ITALY
El propósito de este trabajo es desarrollar un modelo matemático tipo Navier-Stokes para estudiar el mecanismo de eliminación de la porosidad en función del tiempo de maduración en cocción. Los parámetros del modelo tales como las constantes cinéticas y la energía de activación aparente se calcularon a partir de datos experimentales para una composición de gres porcelánico estándar. Los datos teóricos obtenidos a partir del modelo están en buena concordancia con los datos experimentales. Se investigaron los efectos de la nefelina en el gres porcelánico, encontrado que cuando se aumenta el contenido hasta un 10%, la constante de la ecuación cinética kp aumenta. Empleando el modelo desarrollado, es posible estimar el tiempo de maduración en cocción para obtener la porosidad mínima (se alcanza la eliminación de la porosidad debido a la presión capilar) una temperatura dada. Los resultados mostraron que la adición de nefelina en la composición del gres porcelánico afecta fuertemente el tiempo de maduración en cocción requerido para alcanzar la mínima porosidad y aumenta la contracción y la densidad, mientras la porosidad total y cerrada disminuyen.
Palabras clave: porosidad; modelo cinético; fase líquida.
A kinetic study on the development of porosity in porcelain stoneware tile sintering
The aim of this work is to develop a mathematical model to study the mechanism of elimination of total porosity as a function of soaking time using the Navier-Stokes. Then, parameters of the model such as kinetic constants and apparent activation energy are calculated on the basis of experimental data for a standard porcelain stoneware tile composition. The theoretical data calculated from the model are in good agreement with the experimental data. Using the model developed, it is possible to estimate the best soaking time to obtain minimum total porosity at a given firing temperature . The effects of nepheline on sintering process of porcelain stoneware tile is investigated. It was found that when the nepheline syenite content of the starting mix was increased to 10%, the constant kp of the kinetic equation also increased. The results showed that addition of nepheline to composition of porcelain stoneware bodies was influenced remarkably suitable soaking time to obtain the minimum total porosity and increased shrinkage and bulk density while total and closed porosity fall down.
Key words:
porosity; Kinetic Model; Liquid Phase.
7-13
G. Costa1, M. J. Ribeiro1, T. Trindade2, J. A. Labrincha3
1ESTG, Polytechnique Institute of Viana do Castelo, 4900 Viana do Castelo, Portugal
2Chemistry Department, CICECO, University of Aveiro, 3810-193 Aveiro, Portugal
3Ceramics and Glass Engineering Department, CICECO, University of Aveiro, 3810–193 Aveiro, Portugal
Se presenta la preparación de pigmentos cerámicos empleando residuos industriales como fuente de materias primas. Se detallan el uso de barros ricos en aluminio obtenidos en los tratamientos de depuración de aguas de plantas industriales de anodizado y barros de galvanizados de chapados de Cr/Ni. Los pigmentos cerámicos se prepararon empleando reacción en estados sólido a partir del barro rico en metal. Los principales pigmentos estudiados son orquídea casiterita de cromo-estaño (Sn,Cr)O2, malayita rojo de cromo-estaño Ca(Sn,Cr)SiO3, granate verde victoria Ca3Cr2Si3O12, y corindón rosa/verde de cromo alúmina (Cr,Al)2O3. Los pigmentos fueron caracterizados y ensayados después de ser vidriados en cerámicas estándares. Se presentan las condiciones de trabajo y el desarrollo de color.
Palabras clave: industriales, reciclado, pigmentos cerámicos.
Development of waste-based ceramic pigments
We report the preparation of ceramic pigments using industrial wastes as primary sources. In this context, the use of Al-rich sludge generated in the wastewater treatment unit of an anodising or surface coating industrial plant, and a galvanizing sludge from the Cr/Ni plating process, will be detailed. The ceramic pigments reported here were prepared using typical solid state reactions involving the metal rich sludge. The main focus will be on the synthesis of chrome-tin orchid cassiterite (Sn,Cr)O2, chrome-tin red malayaite Ca(Cr,Sn)SiO5, victoria green garnet Ca3Cr2Si3O12, and chrome alumina pink/green corundum (Cr,Al)2O3 pigments. The pigments were fully characterised and then were tested in a standard ceramic glaze after. Typical working conditions and colour development will be reported.
Key words:
industrial sludge; recycling; ceramic pigments.
14-20
J.Calbo, C. Gargori, S. Sorlí, J. Badenes, M.A. Tena, G. Monrós.
U.P. de Química Inorgánica i Orgánica,
Unidad de Química Inorgánica Medioambiental y Materiales Cerámicos,
Universitat Jaume I, Castellón (España).
En el presente trabajo se ha analizado el efecto de la calcinación rápida dieléctrica con horno microondas sobre el desarrollo de pigmentos cerámicos para coloración de baldosas cerámicas. Para ello se han preparado cuatro composiciones de diferentes pigmentos cerámicos (negro de ferrocromita de cobalto, rosa de manganeso-alúmina, coral de hierro en circón y rosa de cromo estaño), empleando diferentes métodos de síntesis (ruta cerámica y métodos no convencionales), y han sido calcinadas en horno multimodo microondas, de 1250 W de potencia y 2450 MHz de frecuencia, y en horno eléctrico tradicional. Los resultados obtenidos indican que la efectividad de la cocción con microondas depende del grado de homogeneidad alcanzado en los diferentes métodos de síntesis, de la microestructura de los polvos y del sistema pigmentante considerado.
Palabras clave:pigmento cerámico, microondas.
Synthesis of ceramic pigments employing microwave radiation
Effect of microwave radiation on the development of ceramic pigments for tiles has been studied. Four compositions corresponding to different ceramic pigments (chrome-tin pink, cobalt-ferrite black, pink coral of iron in zircon and pink of chromium-tin sphene) have been prepared. Compositions using several synthesis methods (ceramic route and non-conventional methods) have been prepared and fired by microwave irradiation in a multimode, 1250 W power and 2450 MHz frequency, microwave equipment, and by conventional electric kiln. Results show that the efficiency of microwave firing show a great dependence on the mixing degree of precursors attained on the synthesis methods carried out, on microstructural parameters of powders and on the considered pigmenting system.
Key words:
Ceramic pigment, microwave.
21-28
Mª M. E. Alemany1, A. Ortiz1, F. Alarcón1, F. Cruz Lario1,
M. A. Bengochea2
1Centro de Investigación de Gestión e Ingeniería de Producción
Universidad Politécnica de Valencia (España)
2 Keraben (España)
La mejora del nivel de servicio al cliente se perfila clave como un arma competitiva y de posicionamiento de las empresas en el sector cerámico. En este contexto de mejorar el nivel de servicio al cliente surge el concepto de paquete de productos (P-P) como un medio para conseguir una diferenciación basada en el diseño y la orientación al cliente. Un P-P puede definirse como una serie de productos cuya funcionalidad es complementaria y que por tanto pueden venderse de forma conjunta. Para que el valor percibido por el cliente aumente, también es necesario proporcionar una respuesta rápida y fiable a las propuestas de pedido por él realizadas. El presente artículo describe la compleja problemática del proceso de comprometer pedidos de un paquete de productos (P-P) en un dominio de cadenas de venta colaborativo extendido (Extended Collaborative Selling Chain: ECOSELL), y la compara con el proceso de comprometer pedidos tradicional. Debido a la ausencia de trabajos en este tema, se pretende establecer el punto de partida para posteriores investigaciones a través de la caracterización de todos los posibles escenarios que pueden existir en este entorno. En base a esta definición de escenarios será posible diseñar una metodología de solución genérica, capaz de abarcar todos los posibles casos, que se expondrá en un trabajo posterior.
Palabras clave:Proceso de Comprometer Pedidos, Paquete de Productos, Sector Cerámico, Productos Complementarios.
Order Promising Process, Product Pack, Tile Sector, Complementary Products.
The improvement of the customer service level is a key aspect in the competitive positioning of the ceramic sector companies. Within this context of improving the customer service level, the concept of “Product Pack” (P-P) arises as a mean to achieve product differentiation based on integral design and customer orientation. A P-P can be defined as a group of products that are complementary in its function and can be commercialised jointly. In order to increase the value perceived by the customer, it is necessary as well to give a rapid and reliable response to his/her order proposals. This article presents the problem description of the order promising process of a P-P in an Extended Collaborative Selling Chain (ECOSELL) domain, and develops a comparison with the traditional order promising process. Due to the absence of research about this topic, it is the objective of this article to define the starting point for future research by the characterization of all the possible scenarios that may appear in this context. On the basis of the aforementioned definition it is possible to design as well a generic methodology able to solve all the possible cases, to be exposed in a further work.
Key words:
Order Promising Process, Product Pack, Tile Sector, Complementary Products.
29-38
Mª M. E. Alemany1, A. Ortiz1, F. Alarcón1, F. C. Lario1, M. A Bengochea2
1Centro de Investigación de Gestión e Ingeniería de Producción
Universidad Politécnica de Valencia (España)
2 Keraben (España)
La globalización, la creciente presión de industrias cerámicas tan alejadas como la china y el cambio en el gusto de los consumidores, hace que una de las claves del futuro del sector cerámico en Europa sea la satisfacción del cliente. Para lograrlo es necesario potenciar las actividades relacionadas con la comercialización y el diseño. En este contexto, surge el concepto de paquete de productos (P-P) como un medio para conseguir una diferenciación basada en el diseño y en la orientación al cliente. Un P-P puede definirse como una serie de productos cuya funcionalidad es complementaria y que por tanto pueden venderse de forma conjunta. Pero para aumentar el nivel de servicio al cliente es necesario hacer frente de manera fiable y eficiente a cualquier escenario que pueda presentarse en el proceso de comprometer pedidos de un P-P en un dominio de cadenas de venta colaborativo extendido (Extended Collaborative Selling Chain: ECOSELL), se propone una metodología de solución estructurada en tres niveles con los siguientes objetivos: 1) abordar cualquier tipo de dependencia con respecto a la fecha y lugar de entrega entre las diferentes líneas de pedido integrantes de un P-P, 2) considerar cualquier tipo de función de satisfacción (preferencia) del cliente o de la red con respecto a la fecha y lugar de entrega, 3) reducir la complejidad del problema global a través de su división en varios subproblemas, 4) coordinar las diferentes cadenas de suministro implicadas en la entrega de un P-P y 5) combinar el cálculo de diferentes niveles de disponibilidad de cada cadena de suministro (Available-To-Promise (ATP) y/o Capable-To-Promise (CTP) y Deliver-To-Promise (DTP))
Palabras clave:Proceso comprometer pedidos, Paquete de Productos, Metodología de Solución, Sector Cerámico, Productos Complementarios
The order promising process of a product pack composed by products belonging to the tile sector and complementary products: Part II A solution methodology description
The globalisation, the increasing pressure of far East tile ceramic industries and the changes in the preferences of the customers, have converted the customer satisfaction in a key aspect for the European tile sector. In order to increase the customer satisfaction it is necessary to improve drastically the delivery and commercialisation functions. Within this context, the concept of “Product Pack” (P-P) arises as a mean to achieve product differentiation based on integral design and customer orientation. A P-P can be defined as a group of products that are complementary in its function and can be commercialised jointly. A methodology is proposed for a three levels structured solution in order to face any scenario in a reliable and efficient way within the P-P order compromising process in an Extended Collaborative Selling Chain (ECOSELL) domain, to achieve the following objectives: 1) to solve any scenario with different kind of dependence on due date and delivery place of the P-P components, 2) to take in consideration any either customer or network preference (satisfaction function) regarding due date and delivery place for the P-P, 3) to reduce the complexity of the global problem by splitting it in various sub-problems, 4) to coordinate the different supply chains involved in a P-P delivery, and 5) to combine the calculation of different availability levels in the extended collaborative supply chain (Available-To-Promise (ATP), and/or Capable To Promise (CTP), and Deliver To Promise (DTP)).
Key words:
Order Promising Process, Product Pack, Solution Methodology, Tile Sector, Complementary Products.
39-44
E. criado
Instituto de Cerámica y Vidrio, CSIC 28049 Madrid, España
La Unión Europea, a través de la asociación europea de fabricantes de cerámica CERAME-UNIE, lleva elaborando desde 2004 un diagnostico del sector, cuyo borrador (26-0/9-2006) se publica en el número 1 del año 2007 del Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio. Este borrador es un documento muy preliminar, pero en todo caso va a permitir disponer de un instrumento para un debate necesario, que afrontará las perspectivas del sector ante la conferencia que tendrá lugar en el 2008, organizada por el Parlamento y la Comisión Europea. Dado el elevado peso de la industria cerámica española en el contexto europeo, 6.000 M€ sobre un total de 27. 000 M€, y la importancia de su aportación al Producto Interior Bruto nacional, sería conveniente que el entorno productivo aproveche la oportunidad para analizar la estrategia de futuro.
Palabras clave:Industria cerámica, prospectiva europea, medioambiente, energía, marco regulador.
Reflections on the future of the European Ceramics Industry
The European Union thorough the European Ceramic Industries association, CERAME-UNIE, elaborate since 2004 a sectorial diagnostic and the published draft (9-09-2006) was transcribed in the Boletin Sociedad Española Ceramica y Vidrio issue 1 of 2007. This draft is a preliminary document that consisted in an instrument to initiate the mandatory debate in order to confront the sector expectation in the conference of the Parliament an the European Union that will be held in 2008. On behalf of the importance of the Spain Ceramic industry with a turnover of 6.000 M€ in the context of 27.000 M€ of the total of the European Ceramic industries, and due to the relevance of such spanish turnover on the Gross Domestic Product, it must necessary to analyze their own future strategy.
Key words:
Ceramic industry, European prospective, environmental and energetic issues, regulatory framework
225-231
J. Gómez-García, A. Salazar, C.J. Múnez, V. Utrilla y P. Poza
Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales
Universidad Rey Juan Carlos
C/ Tulipán, s/n
28933 Móstoles, Madrid
Este trabajo correlaciona la microestructura de un recubrimiento de barrera térmica, estudiada mediante microscopía electrónica de barrido y microanálisis de rayos X, con los resultados obtenidos mediante espectroscopía de impedancia electroquímica que muestran la variación de sus propiedades eléctricas tras un proceso de oxidación isoterma. El sistema estudiado está formado por una capa cerámica, ZrO2 8Y2O3 (% en masa), y un anclaje metálico, Ni 22Cr 10Al 1Y (% en masa), depositados ambos por proyección térmica asistida por plasma sobre un sustrato de aleación base níquel In 600. Estos recubrimientos se oxidaron isotérmicamente en aire a 1050 ºC durante 72, 144 y 336 h. Se formó una capa intermedia de óxidos (“thermally grown oxides”, TGO) entre el anclaje metálico y el recubrimiento cerámico formada por una mezcla de óxidos de Cr y Al que se tradujo en la variación de los parámetros característicos de la impedancia de la barrera térmica.
Palabras clave:barreras térmicas, espectroscopía de impedancia electroquímica, ensayo no destructivo, oxidación isoterma, proyección térmica asistida por plasma, microscopía electrónica de barrido.
Electrochemical impedance spectroscopy analysis of thermal barrier coatings after isothermal oxidation
This investigation correlates the microstructure of a thermal barrier coating, analysed through scanning electron microscopy and X-ray microanalysis, with the electrochemical impedance spectroscopy data which show the variation in electrical properties after isothermal oxidation. A thermal barrier coating comprising a ceramic top layer, ZrO2 8Y2O3 (weight %), and an overlay coating, Ni 22Cr 10Al 1Y (weight %), air plasma sprayed over a nickel base alloy In 600 substrate was studied. These materials were heat treated in air at 1050 ºC for 72, 144 y 336 h. A thermally grown oxide layer, mainly comprising Cr y Al oxides, was formed between the ceramic and the overlay coating. This layer modified the electrical response of the thermal barrier coating in the electrochemical impedance spectroscopy tests.
Key words:
Thermal barrier coatings, electrochemical impedance spectroscopy, non destructive evaluation, isothermal oxidation, air plasma spraying, scanning electron microscopy
316-322
A. MONTENEGRO 1,*, N. CERÓN1, M. PONCE2, M. S. CASTRO2, J. A. VARELA3, J. E. RODRÍGUEZ1
1. Grupo de Ciencia y Tecnología de Materiales Cerámicos (CYTEMAC)
Universidad del Cauca, Calle 5 N° 4-70 Popayán, Cauca, Colombia.
2. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales (INTEMA, CONICET-UNMdP)
J.B. Justo 4302, B7608FDQ-Mar del Plata, Argentina.
3. LIEC. Universidad Estadual Paulista. Instituto de Química, Araraquara –Brasil.
El óxido de estaño, SnO2, es el compuesto más utilizado en la fabricación de sensores de gas, principalmente para gases reductores como el CO y H2. Dado que la respuesta de estos sensores depende fuertemente de su superficie, es de gran interés desarrollar métodos de síntesis que permitan obtener nanopartículas de estos compuestos para utilizarlas posteriormente en la conformación de películas. En el presente trabajo se describe adecuadamente el método del precursor polimérico utilizado para obtener nanopartículas de SnO2-TiO2. Los polvos cerámicos obtenidos se caracterizaron mediante ATD/TG, DRX, FTIR, y MEB. Además, se analizó el comportamiento eléctrico de las películas gruesas obtenidas, cuando son expuestas a atmósferas de O2 y CO.
Palabras clave:Respuesta eléctrica, SnO2-TiO2; nanopartículas, Pechini.
Electrical answer of the SnO2-TiO2 thick films shaping with ceramics powders obtained by Pechini method.
Tin oxide is the compound more used in the gas sensor production, mainly to reduce gases like CO and H2. Their electrical properties are strongly dependent of its surface. For this is of great importance to synthesize nanoscale tin oxide particles to use they later in the films conformation. The synthesis of SnO2-TiO2 nanoparticles by polymeric precursor method is reported in this work. The particles were characterized by DTA/TG, FT-IR, XRD and SEM. Also, the electrical response of thick films measured under oxygen and carbon monoxide atmospheres is was analyzed.
Key words:
Electrical answer, SnO2-TiO2; nanoparticles, Pechini.