Fabricación de cerámicas de porosidad alineada utilizando el proceso de freeze-casting

Abstract

Los materiales cerámicos de porosidad alineada tienen un nicho de aplicaciones de alto interés científico, en particular por su impacto en las tecnologías relacionadas a separación de gases (CO_2 ,CO ,H_2) y generación de energía con celdas de combustible, ambas utilizando sistemas de electrolito sólido (en inglés, Solid Oxide Electrolysis/Fuel Cell SOEC / SOFC) en sistemas a alta temperatura (>600 °C). Este proceso tiene un alto impacto en el desarrollo tecnológico y en el mercado del llamado Hidrógeno Verde . El trabajo de investigación de laboratorio propuesto utiliza el freeze-casting junto a distintos procesos (liofilización, sinterizado) para obtener la microestructura deseada con equipos y recursos disponibles en Advanced materials laboratory (AMLAB) de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile. Se propone una metodología para el proceso de manufactura del material con la esta microestructura y se estudian cuáles parámetros son los con mayor incidencia en la estructura final. Se obtienen materiales con estructuras porosas alineadas, con longitudes de onda característica (λ) entre 10-30 μm, al realizar el proceso de freeze-casting con una superficie fría a temperatura de -50°C y utilizando una formulación correspondiente a 37.5wt% de la perovskita LSCF (en inglés Lanthanum Strontium Cobalt Ferrite) para la carga sólida; con una fase acuosa, formada por Agua destilada, PVA (alcohol polivinílico) como aglomerante (binder) y PAA (ácido poliacrílico) como dispersante (58.7 wt%, 2.8 wt% y 1.0 wt% respectivamente). Se identifica que la temperatura de sinterizado afecta en gran medida la porosidad global de las muestras, aumentando en torno al 100% la densidad real obtenida respecto a las muestras sin sinterizado. Se recomienda iterar el proceso de sinterizado con distintos tiempos para encontrar una temperatura óptima entre 950-1200°C a la cual se obtiene resistencia mecánica en el material final sin comprometer la microestructura obtenida.