Compuestos nanoestructurados para placas bipolares basados en

X Congreso Nacional de Materiales (Donostia - San Sebastián, 18-20 Junio 2008)
Compuestos nanoestructurados para placas bipolares basados en
nanofibras de carbono
A. Borrell1, A. Fernandez1, R. Torrecillas1
1
Instituto Nacional del Carbón, Consejo Superior de Investigaciones Científicas,
Calle Francisco Pintado Fe 26, 33011 Oviedo
borrell@incar.csic.es
El desarrollo de nuevos materiales nanocompuestos con altas conductividades térmicas y
eléctricas es interesante para una amplia gama de aplicaciones industriales, tales como las placas
bipolares. Las extraordinarias propiedades eléctricas y térmicas de las nanofibras de carbono
han impulsado el desarrollo de materiales avanzados a través de su incorporación en materiales
compuestos. Por otro lado, desde el punto de vista de sus propiedades mecánicas, resulta
imprescindible que estos nanocompuestos sean completamente densos, lo que resulta
particularmente difícil en el caso de materiales con elevados contenidos en carbono. En este
sentido, el método de sinterización por descarga de plasma (SPS) se presenta como una buena
alternativa para densificar estos sistemas.
Como materiales de partida se han utilizado nanofibras de carbono (CNFs) con un diámetro
entre 20-80 nm y una alta estructura grafítica (>60%), alúmina de alta pureza (99,99%) y
tamaño de grano <150 nm y grafito puro. Se han preparado mezclas homogéneas CNFs-Al2O3,
CNFs-C y CNFs-C-Al2O3, por vía húmeda mezclando los materiales de partida en etanol
absoluto. Las mezclas se molieron durante una hora en molino de atrición con bolas de alúmina
de alta pureza. Posteriormente la barbotina se secó y se tamizó por debajo de 63 μm. Los polvos
obtenidos se han sinterizado mediante la técnica de SPS en un molde cilíndrico de grafito de 40
mm de diámetro, en atmósfera de vacío, aplicando una presión uniaxial de 80 MPa y una
velocidad de calentamiento de 100 ºC/min. Se ha estudiado como afecta la temperatura final de
sinterización y las propiedades finales del material con los distintos contenidos en CNFs
añadidos.
La incorporación de las CNFs a composites de Al2O3-C conduce a una considerable mejora de
las propiedades eléctricas y térmicas del material final. Además, también se ha evaluado su
influencia en las propiedades mecánicas, tales como, la resistencia a la fractura, la dureza y la
tenacidad.
Nanocompuesto; Placas bipolares; Nanofibras de carbono (CNFs); Spark Plasma Sintering
(SPS); Propiedades mecánicas.