Resumen
El principal objetivo del presente Proyecto es el desarrollo de métodos de sinterización a baja temperatura (y por lo tanto más respetuosos
con el medio ambiente) que permitan la consolidación y correcta densificación de óxidos cerámicos dieléctricos por debajo de 400ºC, en
un reducido tiempo de sinterizado y siendo procesos económicamente factibles. El hecho de sinterizar a baja temperatura materiales que
se sinterizan habitualmente a temperaturas entre 1100 °C-1400 °C durante varias horas supone un enorme reto científico.
Nuestra motivación tiene dos razones. En primer lugar, el procesado a alta temperatura produce una altísima concentración de defectos
puntuales que afectan negativamente las propiedades de los materiales dieléctricos. El reto, y por lo tanto el objetivo principal del
presente proyecto, es el obtener materiales con una buena consolidación y densificación, buena homogeneidad química, microestructura
óptima y una estructura de bordes de grano con buena calidad a bajas temperaturas. En segundo lugar, si se consiguen estos resultados
y considerando que trillones de componentes eléctricos basados en óxidos cerámicos son producidos mediante métodos de alto consumo
energético, esta solución facilitará una drástica reducción el consumo energético y por lo tanto en la sostenibilidad en la producción de
estos materiales.
El principal objetivo es intentar comprender los mecanismos de sinterizado para alcanzar el máximo control sobre la microestructura, las
propiedades y tipologías de bordes de grano, la concentración y distribución de los defectos puntuales, factores todos ellos que afectan
de manera crítica las propiedades eléctricas de las cerámicas. Nuestra estrategia se base en el diseño y desarrollo simultaneo de estos
novedosos métodos no convencionales de sinterización en frío para llegar a un conocimiento detallado de las propiedades de los
materiales desarrollados, esto es, gracias a un estudio detallado de la tríada fabricación-microestructura-popiedades.
En el estado del arte actual, los mecanismos del sinterizado a baja temperatura no se han comprendido completamente. En el presente
proyecto, se investigarán en detalle tres métodos (convencionales y no convencionales) de sinterizado a baja temperatura: proceso de
sinterizado en frío, sinterizado por plasma de chispa en frío y sinterizado reactivo por microondas en frío. En el caso del sinterizado por
plasma de chispa, el procesado será ayudado por presión y corriente eléctrica y en el caso del procesado por microondas por campos
eléctricos y magnéticos. Las tres técnicas son complementarias. Se investigarán el procesado a baja temperatura de algunas
piezocerámicas libres de plomo de alta relevancia tecnológica: (K,Na)NbO3 (KNN) y (K,Na,Li)(Nb,Ta,Sb) (KNL-NTS). KNN y KNL-NTS
son los materiales más prometedores para una nueva generación de materiales piezoeléctricos libres de plomo pero tienen la dificultad
que su procesado es muy sensible a la volatilidad de los metales alcalinos. Esto representa un gran problema durante su procesado a
altas temperaturas. Esta es la razón por la cual el uso de procesos a baja temperatura es necesaria. Además, la sinterización de KNN y
KNL-NTS por los métodos convencionales y la estructura de defectos resultante no se comprende en detalle y como estos materiales no
han sido procesados con anterioridad por los métodos no convencionales en frío y en particular por microondas, arrojar luz sobre este
asunto es primordial.
