Tesis para optar al título de Doctor en Ciencia y Tecnología. Director: Arias, Delia

En la presente Tesis se aborda el problema de la interacción metal-cerámico desde el punto de vista de las transformaciones de fase y procesos de difusión reactiva en estado sólido que tienen lugar a partir de dicha interacción. La configuración experimental elegida para ello fue la de cuplas o pares difusionales, con placas de Zr o aleaciones Zr(Nb) como componente metálico y placas de Al2O3 como componente cerámico. Dichos pares fueron tratados térmicamente en un rango de temperaturas comprendido entre 1030 y 1300 grados C durante tiempos variables. Como resultado de la reacción de estado sólido entre el metal y el cerámico se observó el desarrollo de una compleja zona de difusión, que incluyó la formación de una secuencia de fases de distinto carácter: compuestos intermetálicos y soluciones sólidas formados a alta temperatura, fases precipitadas durante los enfriamientos. Las características de esta secuencia fueron dependientes de la temperatura y tiempo de tratamiento. La zona de reacción-difusión fue caracterizada mediante técnicas de microscopía óptica y electrónica de barrido, difracción de rayos X y microanálisis cuali y cuantitativo. En el caso del microanálisis cuantitativo la presencia de O en el sistema obligó a introducir métodos diseñados para el análisis de películas delgadas sobre sustratos. Asimismo, el estudio de la influencia de la topografía del borde de la placa metálica en las composiciones medidas recibió particular atención. Los resultados obtenidos abarcan: 1. Aspectos particulares, referidos a cada tipo de estructura encontrada dentro de la zona de difusión. De este modo, se realizó un estudio del comportamiento del O y el Nb como aleantes minoritarios en el sistema de compuestos intermetálicos Zr-Al, que arrojó datos sobre tendencias de solubilidad de esos elementos en el mencionado sistema. Asimismo, se postuló un mecanismo celular de transformación en el caso de la llamada zona precipitada en aleaciones Zr-Al-O y se observó la influencia del Nb sobre dicho mecanismo. 2. Información experimental que, convenientemente evaluada, aporta al conocimiento de varios diagramas ternarios o cuaternarios: Zr-Al-O, Zr-Nb-Al-O, Zr-Nb-O, en la región rica en Zr. En los casos Zr-Al-O y Zr-Nb-O se encontraron discrepancias con la información existente en la literatura

In the present work we consider the problem of metal-ceramic interaction from the point of view of the phase transformations and reaction-diffusion processes which take place in such an interaction. The experimental approach chosen was that of diffusion couples, with Zr or Zr(Nb) alloy plates as metallic component and Al2O3 plates as the ceramic ones. The couples were heat-treated in a temperature range from 1030 to 1300 C degrees during different periods of time. As a result of the metal-ceramic solid state reaction, a complex diffusion zone was observed which included a sequence of phases of different characteristics: intermetallic compounds, solid solutions formed at high temperatures, and phases precipitated during cooling. The features of this sequence were both time and temperature-dependent. The reaction-diffusion zone was characterized by means of optical microscopy, scanning electron microscopy, X-ray diffraction and electron probe microanalysis. In the case of quantitative microanalysis, we have used methods designed for thin-film on substrates analysis due to the presence of O in the system. The study of the influence of the topography on the compositions measured in the metallic edge received particular attention as well. Observations with a transmission electron microscope were also carried out on a Zr-Al-O alloy especially prepared. The results obtained include: 1. Particular aspects, referred to each type of structure found in the couples. Thus, we have studied the behavior of Nb and O as minor alloying elements in the system of Zr-Al intermetallic compounds; this study showed the solubility trends of those elements in that system. Likewise, we have postulated a cellular transformation mechanism in the case of the precipitated zone in Zr-Al-O alloys and observed the influence of Nb on that mechanism; 2. Experimental information which, suitably assessed, contributes to the knowledge of many ternary or quaternary equilibrium diagrams: Zr-Al-O, Zr-Nb-O, Zr-Nb-Al-O, in their Zr-rich region. In the cases of Zr-Al-O and Zr-Nb-O isothermal sections we have found discrepancies with previous reported work