Diseño experimental y caracterización de cerámicos de circonio dopados con óxidos de magnesio y de aluminio

Abstract

Los cerámicos obtenidos a partir de la combinación de ZrO2 , MgO y Al2O3 resultan de gran interés para su uso en el sector nuclear debido a sus elevados puntos de fusión, buenas propiedades termomecánicas y una alta resistencia a la temperatura de fundición de uranio metálico. En esta primera etapa, se obtuvieron pastillas utilizando un diseño experimental D-optimal, donde las variables fueron las proporciones de los componentes mayoritarios (ZrO2 , MgO y Al2O3), la temperatura y el tiempo de sinterización. Las pastillas se obtuvieron por prensado uniaxial (9 mm de diámetro y 6 mm de alto) luego de lo cual se llevaron a tratamiento térmico a 1400, 1500 o 1600 °C durante 1, 2 o 3 horas, caracterizándolas por difractometría de RX y microtomografía de RX. Las fases cristalinas presentes mayoritariamente son óxido de zirconio y magnesio cúbico (Zr1-xMgxO2), baddeleyita (ZrO2) y en menor proporción espinela (MgAl2O4); algunas pastillas presentaron también óxido de magnesio (MgO). Mediante refinamiento Rietveld de los difractogramas se realizó la cuantificación de fases, obteniendo distintos porcentajes según la proporción de materias primas utilizadas y la temperatura y tiempo de sinterizado de las pastillas. A través de la reconstrucción 3D de las microtomografías de RX, se observaron poros de dimensiones del orden de 140 a 2030 μm de diámetro aparente, pudiendo calcularse valores de porosidades en el rango de 8 a 10%. Con este trabajo se busca contribuir al desarrollo y uso de recursos minerales para la potencial fabricación de crisoles de uso nuclear, principalmente en el ciclo de combustibles nucleares.