Fabricación y caracterización estructural y mecánica de BaCe0,16Y0,04Fe0,8O3−δ

Abstract

En estos tiempos los materiales cerámicos perovskíticos han captado la atención de investigadores gracias a su aplicaciones en nuevas tecnologías en el almacenamiento y generación de energía. En especial, el material cerámico BaFeO3−δ ha mostrado un gran rendimiento electroquímico como cátodo en las celdas de combustible de cerámica protónicas a temperaturas entre los 450 °C y 650 °C.

Por lo que el objetivo de este trabajo es caracterizar estructuralmente y mecánicamente la perovskita BaFeO3−δ dopado con Ce y Y, en concreto, BaCe0,16Y0,04Fe0,8O3−δ, que posee características electroquímicas y de rendimiento prometedoras dentro de los cátodos libres de Co, y de este modo obtener más información sobre las características termomecánicas de este material.

Por medio del método Sol-Gel se sintetiza los polvos del material y posteriormente se sinteriza para obtener barras que son sometidas a distintos ensayos. En una primera instancia se caracteriza estructuralmente para evaluar morfología, la estructura cristalina y tamaño de grano del material. Luego, hay una caracterización mecánica y esta consiste en ensayos de compresión cíclica y creep para obtener curvas esfuerzo-deformación y caracterización del creep entre los 25 °C y los 900 °C.

Para la caracterización estructural del material se ocuparon microscopio óptico, microscopio electrónico de barrido (SEM) y la técnica de difracción de rayos X. Para obtener las deformaciones de muestras en los ensayos mecánicos, y así obtener las curvas esfuerzo-deformación y de creep, se utiliza el sistema de correlación de imágenes digitales (DIC).

Se logra el objetivo general del trabajo, donde los elementos dopantes no anulan el efecto ferroelástico del material y se observa la curvatura en el rango elástico de los diagramas esfuerzo-deformación, característica propia de los materiales ferroelásticos. En particular, el material posee una mezcla de 98,65 % de estructura cúbica y 1,35 % ortorrómbica. Respecto al efecto de la temperatura en las propiedades mecánicas del material, se determina que existe un mínimo en la rigidez alrededor entre los 100 °C y 200 °C y a los 400 °C.

Se aprecia el efecto de la temperatura en un aumento en la deformación en los ensayos de creep a medida que sube la temperatura. El material presenta comportamiento inestable a los 700 °C y 800 °C debido a la presencia de una nueva fase a altas temperaturas. Se proponen además mejoras para minimizar los errores siempre asociados a este tipo de ensayos.