PROPIEDADES MECANICAS

PROPIEDADES MECANICAS
Fallas mecánicas en los materiales cerámicos.
Los materiales cerámicos tanto cristalinos como no cristalinos son muy frágiles, particularmente a temperaturas bajas. El problema con la fractura frágil de los materiales cerámicos se intensifica por la presencia de imperfecciones como pequeñas grietas, porosidad, inclusiones extrañas, fases cristalinas o un tamaño grande, quetípicamente se introduce en el proceso de manufactura.
Fractura frágil.
Cualquier grieta o imperfección limita la capacidad de un producto cerámico para resistir un esfuerzo a tensión. Esto es debido a que una grieta concentra y amplifica el esfuerzo aplicado (defecto de Griffith).
Cuando se aplica un esfuerzo a tensión ; el esfuerzo real en el extremo de la grieta es:
Para grieta muy delgadas (rpequeña) o para grietas largas (a grande) la relación REAL/ se hace grande y el esfuerzo se amplifica. Si el esfuerzo amplificado excede el límite elástico, la grieta crece y finalmente causa la fractura, aún cuando el esfuerzo real aplicado sea pequeño.
Un esfuerzo aplicado genera una deformación elástica, relacionada con el módulo de elasticidad E del material. Cuando se propaga una grieta selibera ésta energía de deformación, reduciendo la energía general.
Los defectos resultan de máxima importancia cuando actúan esfuerzos de tensión sobre el material. Los esfuerzos a la compresión tienden a cerrar las grietas en vez de abrirlas: en consecuencia, a menudo los cerámicos tienen excelente resistencia a la compresión.
Tratamiento estadístico de la fractura frágil.
Debido a que laspropiedades de los materiales cerámicos dependen en forma crítica del tamaño y geometría de los defectos siempre existentes, hay una dispersión considerable de los valores de resistencia, determinados a partir de ensayos de tensión, de flexión o a fatiga. Los componentes cerámicos producidos a partir de materiales idénticos, con métodos de producción idénticos, fallan a distintas cargas aplicadas. A finde diseñar componentes estructurales utilizando cerámicos, debe tomarse en cuenta la probabilidad de que exista un defecto que pueda causar ruptura bajo cualquier esfuerzo. La distribución de Werbull y el módulo de Weibull proporcionan un tratamiento estadístico para diseñar piezas de materiales cerámicos.
La distribución de Weibull describe la fracción de las muestras que fallan a distintosesfuerzos aplicados. Una pequeña fracción de éstas contiene defectos lo suficientemente grandes para causar fractura a esfuerzos bajos; la mayor parte de las muestras fallan con un esfuerzo intermedio y unas cuantas contiene sólo defectos pequeños y no fallan hasta que se les aplican grandes esfuerzos.
Cuando el esfuerzo aplicado es alto, existe alta probabilidad de que cualquier muestra falle. Conformese reduce el esfuerzo, también se reduce la probabilidad de que las muestras fallen.
Métodos para mejorar la tenacidad.
Un métodos tradicional para mejorar la tenacidad consiste en rodear las partículas frágiles del cerámico con un material matriz más suave y tenaz.
Otra alternativa es crear compuestos de matriz cerámica (CMC) introduciendo fibras o aglomerados cerámicos en dicha matriz. Cuandouna grieta intenta propagarse en la matriz, encuentra la interfase entre matriz y fibra cerámica; la interfase ayuda a bloquear la propagación de la grieta.
Ciertos materiales cerámicos se pueden endurecer por transformación. En la circonia, por ejemplo, se puede absorber la energía de una grieta mediante una fase metaestable presente en la estructura original. Esta absorción de la energía de lagrieta, por la cual efectivamente se reduce su crecimiento, permitiendo que la fase metaestable se transforme en una forma más estable y al mismo tiempo ayuda a cerrar la grieta.
El procesamiento del producto cerámico debe ser también crítico para poder mejorar la tenacidad. Las técnicas de procesamiento que producen cerámicos con un grano excepcionalmente fino, de alta pureza y completamente...