Los requisitos para establecer las relaciones entre la microestructura y las propiedades macroscópicas que definen un material cerámico son, como queda demostrado en este trabajo, tanto un conocimiento preciso de la microestructura cerámica a nivel mesoscópico, como un estudio completo de los parámetros macroscópicos y sus comportamientos con el campo de polarización y la temperatura.
La caracterización de la microestructura cerámica por medio de técnicas de análisis de imagen asistido por ordenador, acompañadas de un análisis estadístico completo de las distribuciones de tamaños, se ha revelado como un método eficaz para la obtención de información sobre procesos que, de otra manera, serían imposibles de estudiar. En este sentido, debe evitarse la determinación del contenido de porosidad a partir de medidas de densidad, ya que, además de poder dar lugar a resultados equívocos, se ve afectado por una gran acumulación de errores.
Del estudio microestructural llevado a cabo sobre las cerámicas de titanato de plomo modificado se pueden extraer las siguientes conclusiones relacionadas con la evolución de la
microestructura cerámica en los procesos de sinterización convencionales y en los tratamientos HIP:
- El estudio de las representaciones probabilísticas de las distribuciones de tamaño de
grano permite identificar en todas las muestras estudiadas un crecimiento normal de grano, caracterizado por distribuciones de tipo lognormal.
- Además de confirmar las tendencias conocidas de los tamaños de grano y poro y del
contenido de porosidad conforme aumenta la temperatura y el tiempo de sinterización, se han identificado estados finales de sinterización degradados, caracterizados por un aumento de la porosidad, con la aparición de poros de gran tamaño, que dan lugar a distribuciones bimodales de tamaño de poro.
- Mediante un proceso de sinterización convencional sólo es posible conseguir
microestructuras en las que se varía simultáneamente el tamaño de grano y el contenido de porosidad, de una manera igualmente significativa.
- El tratamiento demuestras sinterizadas por medio del prensado Isostático en caliente
(RIP), indicado como método para reducir la porosidad, no produce ningún efecto sobre el tamaño de grano siempre que la temperatura de RIP no supere la de sinterización. En caso contrario, se produce una continuación del proceso de crecimiento de grano.
- El proceso HIP, aunque actúa sobre todos los poros, llegando a cerrar los más
pequeflos, tiene un efecto mayor sobre los poros grandes, como demuestra el análisis de las distribuciones de tamaño de poro. En consecuencia, las microestructuras degradadas se pueden restaurar gracias al proceso RIP, que hace desaparecer el caracter bimodal de las distribuciones de tamaño de poro.
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156 IV. Conclusiones.
La comparación de los parámetros que describen la microestructura con las
propiedades ferropiezaeléctricas que caracterizan el comportamiento macroscópico de estas
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cerámicas conduce a la extracción de las relaciones existentes entre ambas. Aunque ya se hanrealizado estudios de este tipo en materiales similares, ninguno presenta un análisis tan
exhaustivo como el presente de las características microestructurales, a lo que se añade,
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además, la determinación de factores estructurales y composicionales, cuya variación puedaenmascarar su efecto en el comportamiento del material. Por otro lado, queda demostrado
en este trabajo que la determinación de las dependencias microestructurales de los parámetros
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ferropiezoeléctricos requiere el conocimiento de sus comportamientos en función de latemperatura y el campo de polarización, ya que dichos comportamientos pueden ser la causa
de variaciones que nada tienen que ver con efectos microestructurales. Los resultados
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principales obtenidos del estudio de las relaciones microestructura-propiedadesferropiezoeléctricas en cerámicas de titanato de plomo son:
- Los factores microestructurales determinantes de las propiedades ferropiezaeléctricas
son el tamaño de grano, el contenido de porosidad y la aparición de estados degradados de
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la microestructura.
- La permitividad, los factores de acoplo electromecánico relacionados con modo de
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resonancia planar en discos y longitudinal en paralelepípedos, las constantes elásticas y los números de frecuencia presentan una fuerte dependencia conjunta del tamaño de grano y del
contenido de porosidad.
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- El coeficiente de Poisson y los coeficientes piezoeléctricos y :?électromecáfficos
relacionados con el modo de resonancia en espesor no presentan dependencias
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microestructurales. Esto demuestra el papel tan importante que juega la microestructura en la anisotropía electromecánica de estos materiales.
unaescala- La tangente de pérdidas dieléctricas está afectada por factores microestructurales alos objetivos de este trabajo.
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- El tamaño de poro no afecta las propiedades ferropiezoeléctricas de la cerámica,
excepto en lo que concierne al factor de calidad mecánico, que se ve afectado por los estados degradados de la microestructura.
- Las muestras con mayores tamaños de grano y de poro presentan tendencia al
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desarrollo de grietas como consecuencia del proceso de polarización. Esto tiene un efecto importante sobre las propiedades del material a campos de polarización altos, actúando la
aparición de grietas como una porosidad añadida. -
-Para la obtención de dependencias microestructurales de un parámetro se debe tener
en cuenta su comportamiento en función de la temperatura y del campo de Ñlarización. Así,
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para cerámicas de titanato de plomo modificado, las medidas del factor de acoplo electromecánico planar deben realizarse en cerámicas polarizadas por encima del campo de saturación y a una temperatura que se haya identificado previamente por encima o por debajo
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de la temperatura de anulación del modo planar. De este moda, tendencias microestructurales opuestas de este parámetro medido a temperatura ambiente, como las encontradas entre las
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4.3. Consideracionesfinales. 157
cerámicas modificadas con Sm y las modificadas con Pb, responden al hecho de que en un caso la temperatura de anulación está por debajo de la ambiente, y en el otro por encima.
La información recopilada en esta tésis no sólo permite un conocimiento detallado de la evolución de la microestructura cerámica en el procesado de los materiales y el establecimiento de las relaciones entre parámetros microestructurales y ferropiezoeléctricos, sino que proporciona la información necesaria para abordar una modelización realista de dichas relaciones.
158 IV. Conclusiones.