Síntesis de ferritas tipo Ni-Zn mediante descomposiciones de hidrotalcitas por microondas para funcionalización de soportes porcelánicos
Premio Categoría A. Destinado a alumnado cursando Estudios Superiores (Grado Universitario o Equivalente) relacionado con procesos científico-tecnológicos de productos cerámicos.
En el presente proyecto se desarrolla un soporte cerámico modificado apto para placas de inducción electromagnéticas, que tradicionalmente son de material vitrocerámico. Los materiales vitrocerámicos empleados para este tipo de aplicaciones se caracterizan principalmente por su elevada resistencia al choque térmico y por sus altos coeficientes de permeabilidad magnética, para evitar o minimizar el apantallamiento del campo magnético.
Metodología
Para conseguir desarrollar este material cerámico, con las propiedades magnéticas, térmicas y mecánicas que exige este tipo de tecnología de calentamiento, se ha dopado una composición de gres porcelánico con ferritas mixtas de Ni-Zn. Estas ferritas se caracterizan por sus bajos coeficientes de coercitividad, lo cual permitirá el flujo del campo magnético de alta frecuencia. Estas ferritas se han preparado por diversas rutas de síntesis, llegando a conseguir el desarrollo de nanopartículas de ferrita sin necesidad de recurrir a procesos de molturación muy enérgicos ni mineralizadores.
La introducción de ferritas en la composición de gres porcelánico consigue generar una magnetización, estableciendo corrientes de Foucault que calientan toda la masa del soporte por efecto Joule de forma muy uniforme. Esto implica una reducción del gradiente de temperatura en el interior de la pieza a diferencia de una composición sin ferritas, en la que el calentamiento es por conducción directa.
Al reducir el gradiente de temperatura de la pieza, se consigue reducir la diferencia de tensiones internas entre la parte superior y la inferior de la placa, que es la causa principal de la fractura por choque térmico.
Además del choque térmico, también se han mejorado otras propiedades esenciales para este tipo de materiales como la permeabilidad magnética y la resistencia mecánica. La última parte del proyecto se ha dedicado al estudio de variables potenciales que afectan a la viabilidad de producciones industriales (estudios dilatométricos de acoplamiento, mecánicos, térmicos, etc.).
Conclusiones
Para concluir este trabajo, hay que recordar que el objetivo principal era llevar a cabo una investigación para sintetizar ferritas adecuadas para altas frecuencias de inducción y que aportaran a composiciones de gres porcelánico las propiedades necesarias en aplicaciones de inducción. Tras finalizar el desarrollo experimental debemos sacar una serie de conclusiones ligadas a los resultados obtenidos.
Se consigue una funcionalización de un producto ya conocido como es el gres porcelánico.
Se comprueba que, según el tipo de ferrita, se refuerza o se apantalla el campo magnético y por este motivo, a partir de la segunda línea de trabajo, el desarrollo se centra en una ferrita específica que lo refuerza.
En la síntesis de ferritas por ruta cerámica, se demuestra que el gasto energético para adecuar el tamaño de partícula es excesivo en comparación con la síntesis no convencional que no requiere de molturación.
En cuanto a la síntesis no convencional de ferritas basada en la descomposición de hidrotalcitas, se consiguen tamaños de partícula nanométricos sin necesidad de molturar ni el uso de mineralizadores.
El empleo de microondas para la calcinación de hidrotalcitas, permite una distribución estrecha de tamaños, ausencia de agregados cristalinos, altos y estrechos picos de difracción que significan una mejor y mayor formación de cristales.
