Reacción sinterización de espinela de aluminato de magnesio por spark plasma sintering (SPS)

Abstract

RESUMEN: El proceso de obtención de la espinela densa se lleva a cabo en dos etapas, la primera es la síntesis del polvo y la segunda el sinterizado del material. En este trabajo se sintetizó y sinterizó este material en una sola etapa reduciendo el tiempo producción. Para lograr este objetivo se sintetizaron los polvos precursores por el método sol-gel, durante este proceso se probaron distintos precursores de óxido de magnesio y la forma de adición de estos durante la síntesis para optimizarla y lograr polvos con distribución homogénea de aluminio y magnesio. Se logró obtener un nano polvo homogéneo con el cual se obtiene la espinela a una temperatura tan baja como 300 °C. Una vez optimizado el proceso de síntesis se realizó un estudio en el tratamiento de polvos para optimizar el proceso en la etapa de densificación logrando reducir el tamaño de aglomerado de 22.955 a 0.697 μm para polvos tratados térmicamente y de 28.893 a 5.841 μm para los polvos sin tratar térmicamente. Una vez optimizada la síntesis y el tratamiento en los polvos se realizaron variaciones en la relación Al/Mg que componen la espinela para analizar su efecto en la etapa de sinterizado. Finalmente, se utilizó la técnica de Spark Plasma Sintering (SPS) para realizar pruebas de sinterización y reacción-sinterización. Se logró obtener espinela de aluminato de magnesio con densidades superiores al 99.9 % reaccionando y sinterizándola en una sola etapa, así como disminuir la temperatura necesaria para este fin reportada en otros trabajos. ABSTRACT: The process to obtain dense spinel is carried out in two stages, the first is the synthesis of the powder and the second the sintering of the material. In this work, this material was synthesized and sintered in a single step, reducing production time. To achieve this goal, the precursor powders were synthesized by the sol-gel method, during this process different magnesium oxide precursors were tested and the way they were added during the synthesis to optimize it and obtain powders with homogeneous distribution of aluminum and magnesium. It was possible to obtain a homogeneous nano powder with which the spinel is obtained at a temperature as low as 300 °C. Once the synthesis process was optimized, a study was carried out in the treatment of powders to optimize the process in the densification stage, reducing the agglomerate size from 22.955 to 0.697 μm for heat treated powders and from 28.893 to 5.841 μm for powders without treat treatment. Once the synthesis and treatment in the powders was optimized, variations were made in the Al/Mg ratio to analyze its effect in the sintering stage. Finally, the Spark Plasma Sintering (SPS) technique was used to perform sintering and reaction-sintering tests. It was possible to obtain magnesium aluminate spinel with densities higher than 99.9 % reacting and sintering in a single stage, as well as reducing the temperature necessary for this purpose as reported in other works.