Fabrication and characterization of alumina/graphenebased ceramics via sol-gel and reactive spark plasma sintering method

Abstract

La fabricación de compuestos de matriz cerámica avanzada (CMC) con fases alótropas de carbono de baja dimensión es actualmente un tema de investigación abierto. Uno de los desafíos modernos permanentes para superar los problemas experimentales comunes, con respecto a la homogeneidad de la dispersión de nanocarbonos, su ubicación dentro de la matriz cerámica y el tipo de unión entre el relleno y la matriz. Este trabajo presenta la fabricación de compuestos de matriz cerámica de alúmina/grafeno completamente densos por la ruta sol-gel y sinterización de plasma de chispa reactiva, como una metodología alternativa para mejorar la dispersión de las capas de grafeno dentro del compuesto y promover la formación de enlaces de fuertes entre las capas de grafeno y la matriz cerámica, como los puentes de oxígeno Al-O-C. Las micro/nano estructuras son investigadas por: fisisorción de nitrógeno, espectroscopía Raman, microscopía electrónica y espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS). Las observaciones de SEM revelaron la ausencia de aglomeraciones de grafeno, lo que sugiere la eficacia de este método de fabricación. Los análisis Raman han confirmado la integridad del grafeno a lo largo del proceso de fabricación. Se midieron características mecánicas como la dureza y la tenacidad a la fractura por indentación para diferentes contenidos de grafeno. Nuestros resultados se comparan con los de las CMC convencionales de alúmina/grafeno y sugieren que el enfoque actual ofrecería una ruta atractiva para fabricar cerámicas reforzadas a base de alúmina/nanocarbono.