Producción de Al2O3 para la fabricación de compuestos con refuerzo de SiC y su aplicación en uniones disímiles con Ti por soldadura fuerte

Abstract

The importance of ceramic matrix composite materials is increasing due to their high wear resistance, high fracture toughness, thermal shock resistance, chemical inertness, and other properties. Brazing of composite materials with high melting point metals is a good alternative to increase the applications of these systems. This project started from aluminum sulphate salt (Al2(SO4)3) and ammonium hydroxide (NH4OH) for the synthesis of pseudoboehmite; a powder of α-Al2O3 with a particle distribution of 1-30μm was obtained by sieving and calcining the pseudoboehmite at 1200°C. Subsequently, the production of monolithic Al2O3 compacts and Al2O3-SiC composites with 5 and 15% by weight of silicon carbide powder reinforcement (~20 μm diameter), called 5SiC and 15SiC respectively, were produced. Two methods of sintering were utilized: conventional sintering in a horizontal furnace and unconventional sintering using pulsed electric current sintering (PECS) technique. PECS achieved a densification of >95% with an average hardness of 1500-2000 HV and 1700-2000 HV for Al2O3 and Al2O3-SiC compacts, respectively. The Al2O3 and Al2O3-SiC compacts sintering by the conventional method achieved hardnesses of 1200–1600 HV and 300–100 HV, respectively; the density of Al2O3 monolith was 87%, while Al2O3-SiC composite density was 67%. The dense compacts were then used as base material to fabricate dissimilar joints with titanium by brazing technique: Al2O3/Ti, 5SiC/Ti and 15SiC/Ti. A nickel-base foil called MBF-15 was selected as the filler metal. In addition, two types of jointing atmospheres were used, argon inert gas and vacuum.

Los materiales compuestos de matriz cerámica incrementan su importancia por sus aplicaciones de alta resistencia al desgaste, alta tenacidad a la fractura, resistencia al choque térmico, inercia química, etcétera. La unión por soldadura fuerte entre materiales compuestos y metales de alto punto de fusión son una buena alternativa para incrementar las aplicaciones de estos sistemas. El presente proyecto se partió de una sal de sulfato de aluminio (Al2(SO4)3) e hidróxido de amonio (NH4OH) para la síntesis de pseudobohemita; posteriormente la pseudobohemita se tamizó y calcinó a 1200°C logrando la obtención de polvo de α-Al2O3, con distribución de partículas de 1-30 μm. Posteriormente, se llevó a cabo la producción de compactos monolíticos de Al2O3 y compuestos Al2O3-SiC con 5 y 15% en peso de refuerzo de polvos de carburo de silicio (~20 μm diámetro), denominados 5SiC y 15SiC, respectivamente. La sinterización se llevó a cabo por dos rutas: sinterización convencional en horno horizontal y, sinterización no convencional, técnica de sinterización asistida por corriente pulsada (Pulsed electric current sintering, PECS). La dureza promedio en los compactos Al2O3 y Al2O3-SiC obtenidos por PECS. estuvo en el rango de 1500-2000 HV y 1700-2000 HV, respectivamente, lo que corresponde a una densificación >95%. Mientras que en los compactos Al2O3 y Al2O3-SiC sinterizados por la ruta convencional obtuvieron una dureza de 1200-1600 HV y 300-100 HV, respectivamente; ya que solo alcanzaron una densificación del 87% en el monolito de Al2O3 y 67% en compuesto Al2O3-SiC. Después, los compactos densos se emplearon como material base para fabricar uniones disímiles con titanio por la técnica de soldadura fuerte: Al2O3/Ti, 5SiC/Ti y 15SiC/Ti. Como metal de aporte se seleccionó una lámina base níquel llamada MBF-15. Además, se emplearon dos tipos de atmósfera de unión, gas inerte de argón y vacío.