propiedades ceramicas

Propiedades de las cerámicas

Grado Ingeniería Mecánica

Tecnología de Materiales

1

Propiedades de las cerámicas

Generalidades.
Las propiedades están determinadas por el tipo de enlace:
iónico y covalente.

Las dislocaciones no se pueden mover con facilidad: Son
materiales frágiles y no pueden soportar grandes deformaciones.

Tensión de fluencia es 10 veces superior a latensión de
fractura en tracción.

Gran influencia de la porosidad.
La fractura tiene su origen en defectos por lo que cambia
de una pieza a otra 

ESTADÍSTICA.

Grado Ingeniería Mecánica

Tecnología de Materiales

2

Propiedades de las cerámicas

Estadística de fractura frágil.
Resistencia a la fractura
Tenacidad a la fractura baja.
Incluso en los puntos de concentración detensiones los planos no pueden
deslizar.
KIc es 50 veces más pequeño que en metales.

Dados los valores de la resistencia a la tracción, las longitudes críticas de
las grietas son del orden de decenas de micras. Las propiedades dependen
de las grietas de mayor tamaño.

Grado Ingeniería Mecánica

Tecnología de Materiales

3

Propiedades de las cerámicas

Estadística de fracturafrágil.
Resistencia a la fractura
El ensayo a tracción es muy difícil.
A compresión σc>15σTS.
Un ensayo muy común es el ensayo de flexión.

Grado Ingeniería Mecánica

Tecnología de Materiales

4

Propiedades de las cerámicas

Comportamiento tensión - deformación
300

Bending Stress, MPa

Aluminum Oxide
200

100

Soda-Lime Glas s

0
0.0000

0.0002

0.0004

0.00060.0008

0.0010

Bending Strain

Grado Ingeniería Mecánica

Tecnología de Materiales

5

Propiedades de las cerámicas

Propiedades mecánicas de varias cerámicas

a

sinterizada con un 5%de porosidad

Grado Ingeniería Mecánica

Tecnología de Materiales

6

Propiedades de las cerámicas

Estadística de fractura frágil.
En las cerámicas hay que introducir el conceptode probabilidad de
supervivencia. Es un concepto importante dependiendo de la misión y
posibilidad de sustituir la pieza.
Origen: En el material existe una distribución de grietas en su interior, y
cambia de una pieza a otra.
La fractura se asocia a la grieta de mayor tamaño.

Cuando una pieza es más grande, hay
más probabilidad de que falle ya que la
probabilidad de encontrar grietasde
mayor tamaño se incrementa.

Las cerámicas aguantan más a flexión que a tracción.
Grado Ingeniería Mecánica

Tecnología de Materiales

7

Propiedades de las cerámicas

Estadística de fractura frágil.
Una cerámica romperá por donde se encuentre la grieta de mayor
tamaño.

Weibull propuso que la probabilidad de supervivencia de piezas de un

volumen V0 sometidas a una tensiónσ se podía expresar como:

Cuando σ =0 todas las piezas
sobreviven, al aumentar la tensión
cada vez hay más piezas que rompen.

σ0 es la tensión a la cual un 37% de la piezas sobreviven.
Grado Ingeniería Mecánica

Tecnología de Materiales

8

Propiedades de las cerámicas

Estadística de fractura frágil.
m es el módulo de Weibull. Valores bajos indican una mayor
dispersión devalores de tensión de fractura.
m = 5, ladrillos, cemento,
porcelana
m = 10, cerámicas
avanzadas
m = 100, aceros

 m se obtiene en representaciones
logarítmicas

Grado Ingeniería Mecánica

Tecnología de Materiales

9

Propiedades de las cerámicas

Estadística de fractura frágil.
Efecto del volumen.
La probabilidad de que sobrevivan n muestras iguales de
volumen V0 es(Ps(V0))n.
Si estas n piezas se unen para formar una pieza de volumen V=nV0.

Grado Ingeniería Mecánica

Tecnología de Materiales

10

Propiedades de las cerámicas

Estadística de fractura frágil. Ejemplo.
¿Cuál es la presión máxima con la que puede llenar un bulbo
de vidrio para que la probabilidad de fallo no supere el 1%?
Datos: m=10, σ0=50 MPa, V0=π 2.52 50 mm3
Bulbo Φi=30mm,...