{"id":90525,"date":"2011-10-01T00:00:00","date_gmt":"2011-10-01T00:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/2011\/10\/01\/una-ceramica-mas-densa\/"},"modified":"2013-03-07T16:56:00","modified_gmt":"2013-03-07T19:56:00","slug":"una-ceramica-mas-densa","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/una-ceramica-mas-densa\/","title":{"rendered":"Una cer\u00e1mica m\u00e1s densa"},"content":{"rendered":"
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MIGUEL BOYAYAN<\/span><\/a> En el interior del Ipen, pastillas cer\u00e1micas utilizadas en sensoresMIGUEL BOYAYAN<\/span><\/p><\/div>\n

Dos investigadores brasile\u00f1os y uno franc\u00e9s desarrollaron un m\u00e9todo eficiente y econ\u00f3mico destinado a producir sensores de alta calidad mediante la aplicaci\u00f3n de descargas el\u00e9ctricas en el material cer\u00e1mico utilizado en esos productos. Esta nueva t\u00e9cnica permite la densificaci\u00f3n los gr\u00e1nulos cer\u00e1micos de las piezas fabricadas en forma de pastillas utilizadas en los sensores que miden los gases de escape de los autom\u00f3viles y en la producci\u00f3n de acero en las sider\u00fargicas. Tambi\u00e9n intervienen en la fabricaci\u00f3n de sensores de temperatura, tales como los van dentro de los tel\u00e9fonos celulares para detectar el calentamiento anormal del aparato, y en algunos tipos de c\u00e9lulas de combustible, en los equipos que producen energ\u00eda el\u00e9ctrica a partir del hidr\u00f3geno. La industria elabora actualmente esas piezas utilizando maquinarias importadas que cuestas alrededor de 250 mil d\u00f3lares y someten a un polvo compuesto por una mezcla de \u00f3xidos \u2012generalmente de zirc\u00f3n y de itrio\u2012, a presiones mil veces mayores que la atmosf\u00e9rica y temperaturas de casi 1.500 \u00baC durante algunas horas. El resultado son unas pastillas r\u00edgidas, bastante resistentes al desgaste y a la corrosi\u00f3n, y capaces de soportar elevadas temperaturas. En colaboraci\u00f3n con el investigador franc\u00e9s Michel Kleitz, los f\u00edsicos Eliana y Reginaldo Muccillo lograron, todav\u00eda de manera experimental, crear otra forma de obtener el mismo tipo de producto. Pero que insume mucho menos dinero y energ\u00eda.<\/p>\n

A finales de 2010, durante una temporada de dos meses en el laboratorio dirigido por el matrimonio Muccillo en el Instituto de Investigaciones Energ\u00e9ticas y Nucleares (Ipen), Kleitz percibi\u00f3 la oportunidad de comprobar una idea que comenzara a gestar dos a\u00f1os antes. En lugar de emplear alta presi\u00f3n y temperaturas elevadas para producir piezas cer\u00e1micas de grano fino y mayor densidad – y por consiguiente, de mejor calidad, dado que las propiedades de un material cer\u00e1mico se encuentran determinadas por el grado de compactaci\u00f3n de sus gr\u00e1nulos -, el electroqu\u00edmico franc\u00e9s, investigador jubilado en el Instituto Nacional Polit\u00e9cnico de Grenoble (INPG), imagin\u00f3 la posibilidad de forzar la aglomeraci\u00f3n de los gr\u00e1nulos por otro m\u00e9todo. Se acord\u00f3 de t\u00e9cnicas de soldado y estudios te\u00f3ricos de otros grupos que suger\u00edan que las descargas el\u00e9ctricas podr\u00edan colaborar para compactar los gr\u00e1nulos cer\u00e1micos con dimensiones del orden de los nan\u00f3metros (la millon\u00e9sima parte de un mil\u00edmetro).<\/p>\n

Un montaje decisivo<\/strong>
\nPero en el laboratorio del Ipen faltaba un equipamiento: una fuente de energ\u00eda para controlar el paso de la corriente el\u00e9ctrica a trav\u00e9s de la muestra cer\u00e1mica. Este tipo de aparato incluso se produce comercialmente. Pero el importado cuesta 18 mil d\u00f3lares y tardar\u00eda en llegar, en tanto que el producido en Brasil no estar\u00eda listo en menos de 90 d\u00edas. Reginaldo resolvi\u00f3 entonces solicitarle ayuda a otro f\u00edsico, Yamato Miyao, profesor jubilado del Instituto de F\u00edsica de la Universidad de S\u00e3o Paulo (IF-USP). Miyao dise\u00f1\u00f3 los circuitos de la fuente y una semana m\u00e1s tarde apareci\u00f3 en el laboratorio del Ipen con el aparato listo. Similar a un gabinete o caja de computadora, el instrumento permiti\u00f3 realizar los ensayos iniciales, pero era necesario perfeccionarlo. Dos semanas m\u00e1s tarde, luego de gastar casi mil reales en piezas en la calle Santa Ifig\u00eania, el para\u00edso de los componentes electr\u00f3nicos en el centro de S\u00e3o Paulo, Miyao regres\u00f3 con el aparato que necesitaban.<\/p>\n

Reginaldo, Kleitz y Eliana sometieron 99 muestras de pastillas cer\u00e1micas fabricadas por ellos en el laboratorio del Centro de Ciencia y Tecnolog\u00eda de Materiales del Ipen a una serie de ensayos en los que ora manten\u00edan la temperatura constante y variaban la intensidad de la corriente el\u00e9ctrica, ora modificaban la temperatura conservando la corriente el\u00e9ctrica inalterable. Y comprobaron que al exponer el material durante unos pocos segundos a la acci\u00f3n de una corriente elevada y a temperaturas entre 970 y 1.150 \u00baC fue posible producir piezas cer\u00e1micas con gr\u00e1nulos tan unificados como los obtenidos mediante el proceso industrial tradicional, la sinterizaci\u00f3n r\u00e1pida por plasma (spark plasma sintering<\/em>).<\/p>\n

Apareci\u00f3, no obstante, una diferencia importante. Con la nueva estrategia, a la que denominaron soldadura r\u00e1pida de gr\u00e1nulos (flash grain welding<\/em>), el compactado o sinterizaci\u00f3n de los gr\u00e1nulos ocurri\u00f3 a presi\u00f3n normal. El paso de una corriente el\u00e9ctrica alterna a trav\u00e9s de la muestra provoca un aumento de la temperatura en el espacio existente entre los gr\u00e1nulos y activa una excitaci\u00f3n microsc\u00f3pica, provocando que los gr\u00e1nulos se aglutinen. Esta t\u00e9cnica no requiere de equipamientos onerosos, afirman los investigadores en un art\u00edculo en el que describe los resultados, aceptado para su publicaci\u00f3n en el Journal of the European Ceramic Society<\/em> en apenas 22 d\u00edas. “Demostramos que en el siglo XXI todav\u00eda es posible realizar ciencia con bricolaje”, comenta Kleitz.<\/p>\n

Los investigadores no saben en cuanto tiempo el nuevo proceso lograr\u00eda abaratar la fabricaci\u00f3n de pastillas cer\u00e1micas de alta calidad. La t\u00e9cnica debe a\u00fan ser perfeccionada. Empero, al intercambiar los componentes de la cer\u00e1mica, las cosas no anduvieron tan bien. En algunos casos, la temperatura en el espacio entre los gr\u00e1nulos se elev\u00f3 tanto – lleg\u00f3 a m\u00e1s de 2000 \u00baC – que los gr\u00e1nulos se fundieron completamente, transformando la pastilla en vidrio. “Al mejor cazador se le escapa la liebre”, se lament\u00f3 Kleitz. “Estamos intentando entender qu\u00e9 pas\u00f3. Actualmente realizamos un experimento por d\u00eda para intentar dominar la t\u00e9cnica con diferentes materiales”, informa Eliana. Ellos tambi\u00e9n estudian la posibilidad de utilizar la t\u00e9cnica para producir, en escala de prueba, alrededor de 200 pastillas con las mismas propiedades, lo cual demostrar\u00eda su factibilidad industrial.<\/p>\n

Los proyectos
\n<\/strong>1-Estudio de los fen\u00f3menos intergranulares en materiales cer\u00e1micos – n\u00ba 2005\/ 53241-9
\n<\/em>2-Michel Kleitz, Conseil National de la Recherche Scientifique – Francia – n\u00ba 2010\/ 51293-0
\n<\/em>Modalidad
\n<\/strong>1 – Proyecto Tem\u00e1tico
\n2 – Apoyo al Investigador Visitante
\nCoordinadores
\n<\/strong>1 – Reginaldo Muccillo – Ipen
\n2 – Eliana dos Santos Muccillo – Ipen
\nInversi\u00f3n
\n<\/strong>1 – R$ 802.674,39 (FAPESP)
\n2 – R$ 19.714,58 (FAPESP)<\/p>\n

Art\u00edculo cient\u00edfico<\/em>
\nMUCCILLO, R. et al<\/em>. Flash grain welding in yttria stabilized zirconia. Journal of the European Ceramic Society.<\/strong> c. 31, p. 1.517-21. jul. 2011.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Descargas el\u00e9ctricas aplicadas en pastillas para sensores generan productos m\u00e1s robustos","protected":false},"author":16,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[192],"tags":[],"coauthors":[105],"class_list":["post-90525","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-tecnologia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/90525","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/16"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=90525"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/90525\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=90525"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=90525"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=90525"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=90525"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}