Comportamiento plástico a alta temperatura de Al₂O₃ codopado con CuO y TiO₂ fabricado por reacción

Abstract

Se ha estudiado el comportamiento plástico a alta temperatura de alúmina codopada con cantidades equimolares de óxidos de cobre (CuO) y titanio (TiO 2 ) fabricada por reacción mediante el empleo de ensayos de fluencia y de relajación de tensiones en atmósfera de aire. Los resultados de los ensayos de deformación plástica han sido correlacionados con observaciones microestructurales y difracción de rayos X con vistas a deducir el mecanismo responsable del proceso de deformación. Este material presenta comportamiento plástico a temperaturas tan bajas como 950ºC en contraste con otras aluminas. A temperaturas alrededor de 1000ºC se ha observado una relación lineal entre la velocidad de deformación y la tensión (exponente de tensión igual a uno) mientras que a temperaturas por encima y por debajo de este valor el exponente de tensión toma valores más elevados. The high temperature plastic behavior of reaction-bonded alumina doped with equimolar amounts of copper and titanium oxides (CuO and TiO 2 , respectively) has been studied by means of creep and stress relaxation tests in air. Deformation results have been correlated with microstructural observations and X-ray diffraction studies in order to deduce the mechanism responsible for the deformation. This material exhibits plasticity at temperatures as low as 950ºC in contrast with other aluminas. At temperatures near 1000ºC a linear relation between the strain rate and the stress has been detected (a stress exponent n equal to 1) but both above and below this temperature higher values of n have been observed.Keywords: Alumina, Doping, Plastic Deformation, Stress Relaxation. INTRODUCCIÓNDiversos estudios han demostrado la gran sensibilidad que presenta el comportamiento plástico del óxido de aluminio a la presencia de pequeñas cantidades de dopantes. Si enfocamos nuestro interés en la reducción de la temperatura de sinterización y en la potenciación del comportamiento plásti-co, se han encontrado que el dopado con cantidades equimolares de CuO y TiO 2 produce este efecto [1]. La solubilidad del cobre y del titanio en la matriz de alúmina se incrementa drás-ticamente cuando estas especies entran en cantidades equimolares. La razón para ello es la compensación en las valencias que permite la sustitución de los cationes Al sin crear vacantes en la subred de los oxígenos. El resultado es la formación de puntos reticulares dotados de carga, Cu +2 rodeados de un exceso de oxígeno (y por lo tanto una región dotada de carga neta negativa) y otros con cationes Ti +4 con una deficiencia de oxígeno circundante (y por lo tanto cargada positivamente). Es plausible que estos dos tipos de defectos substitucionales cargados se atraigan eléctricamente y se asocien dentro de la red dando lugar a defectos complejos. Esta interacción entre defectos cargados junto con la no introducción de vacantes en la subred de oxígeno parece ser la razón para la alta solubilidad observada en este sistema. Además, la presencia de estos defectos dentro de la red parece alterar drásticamente los proceso...