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Tesis

Fabrication and damping behavior of particulate BaTiO3 ceramic reinforced copper matrix compositesFabricación y comportamiento de amortiguación de compositos de matriz de cobre reforzados con cerámica particulada de BaTiO3

Resumen

Los composites de matriz metálica ofrecen oportunidades únicas para lograr multifuncionalidad en los materiales. En una tentativa de investigar la posibilidad de mejorar la características de amortiguación (damping) de los metales estructurales, se reforzaron muestras de cobre con particulados ferroeléctricos tetragonales de BaTiO3 (composites Cu-BaTiO3) usando técnicas de pulvimetalurgia (powder metallurgy).

Se investigó el efecto del tamaño del particulado y tres condiciones de procesamiento, la atmosfera de sinterización, la velocidad de enfriamiento, la presión de compactación uniaxial sobre la tetragonalidad y, por ende, las propiedades ferroeléctricas del polvo de titanato de bario; para ello, se emplearon técnicas de calorimetría diferencial de barrido (DSC) y difracción por rayos X (XRD).

Los resultados mostraron que la atmósfera de sinterización y las velocidades de enfriamiento tuvieron poco efecto sobre la tetragonalidad del polvo de titanato de bario; ésta decreció gradualmente al aumentar el tamaño de partícula, aunque sólo fue extrema para polvos demasiado finos. Si bien no se encontró una relación directa entre la presión de compactación uniaxial y la tetragonalidad, la presión uniaxial puede disminuir también esta última.

Se fabricaron tres composites Cu-BaTiO3, D1, D2 y D3, reforzados con partículas de titanato de bario de tamaños promedio de 209 μm, 66 μm y 2 μm, respectivamente. La retención de la fase tetragonal ferroeléctrica del titanato de bario luego del proceso de fabricación del composite fue confirmada por DSC. Las microestructuras de los composites observadas al usar microscopía óptica y de barrido electrónico revelaron dispersiones uniformes de las partículas de titanato de bario en D1 y D2. En D3, el titanato de bario formó una estructura en forma de cadena debido a la considerable aglomeración de las partículas finas de refuerzo.

Se evaluaron las características de amortiguación de los composites en un intervalo de temperatura de 25ºC-165ºC a una frecuencia de 1 Hz, utilizando análisis mecánico dinámico. Las capacidades relativas de amortiguación (tanδ) en los composites fueron mayores que la del metal sin reforzar. Asimismo, se descubrió que la capacidad de amortiguación de D1 y D2 dependía de la temperatura.

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