Técnicas De Indentación

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| TÉCNICAS DE INDENTACIÓN: MEDICIÓN DE
PROPIEDADES MECÁNICAS EN CERÁMICAS

INDENTATION TECHNIQUES: MECHANICAL
PROPERTIES MEASUREMENT OF CERAMICS JUAN MANUEL MEZA
Universidad Pontificia Bolivariana- Medellín.: jmmmeza@upb.edu.co

CESAR A. CHAVES
Grupo Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Colombia - Medellín.

JUAN MANUEL VÉLEZ
Grupo Ciencia y Tecnología deMateriales. Universidad Nacional de Colombia - Medellín.Recibido para revisar 18 de Agosto de 2004, aceptado 28 de Febrero de 2005, versión final 5 de Diciembre de 2005 RESUMEN: Las técnicas de indentación poseen una gran versatilidad que permite evaluar propiedades mecánicas en volúmenes inferiores a 0.001 µm3, hasta volúmenes del orden de los mm3, útil tanto en materiales compuestos como envolumen. Este artículo hace una revisión general de los fundamentos de éstas técnicas. También se muestran algunas de las dificultades que surgen cuando éstas son aplicadas a la medición de propiedades mecánicas de materiales cerámicos, tales como su dureza tenacidad a la fractura, módulo de elasticidad y adherencia de capas cerámicas en sustratos metálicos. Para esto se utilizan algunos materialescerámicos en volumen como alúmina Al2O3, Titanato de Bario BaTiO3 y capas TiN depositadas sobre acero M2. PALABRAS CLAVE: Propiedades mecánicas, cerámicas, indentación. ABSTRACT: Indentation techniques offer a width spread possibilities to measure mechanical properties in small volumes ranged from 0.001 µm3, to volumes of several mm3, useful in both bulk and in composite materials. This paper discussome of the fundamentals of the indentation theory and shows some important draw falls when indentation techniques are utilized to evaluate mechanical properties of ceramic materials. Among the properties are hardness, fracture toughness, elastic modulus and film adherence to substrate. To achieve it, bulk ceramic materials as Al2O3, Barium Titanate BaTiO3 and TiN films deposited onto M2 tool steelwere used as a case study. KEYWORDS: Mechanical properties, ceramics, Indentation. 1. INTRODUCCION Los materiales cerámicos son utilizados en campos muy diversos, como en construcción mecánica, microelectrónica y en recubrimientos para la protección de superficies. Independientemente de su composición y estructura estos son frágiles, pero muchos de ellos son ampliamente utilizados en aplicacionesen donde se requiere alta dureza, resistencia al desgaste y otras propiedades en un amplio intervalo de temperaturas.Sin embargo, la incapacidad del material para deformarse plásticamente antes del agrietamiento, propiedad conocida como fragilidad que depende de propiedades como el módulo de Young (E), la dureza (H) y tenacidad a la fractura (K1C) (Quinn 1997), ha frenado su posibilidad deaplicación. Todas estas propiedades se pueden determinar a través de técnicas de indentación. Sin embargo, el uso correcto de éstas requiere conocer sus limitaciones para así evitar interpretaciones erróneas. En este artículo se discuten los fundamentos de las técnicas de Indentación sin pretender hacer una revisión bibliográfica exhaustiva ya que la misma se puede hallar en algunas de las referenciascitadas. También se muestran algunas aplicaciones concretas en recubrimientos y cerámicos en volumen, materiales como el BaTiO3, Al2O3, TiN-M2, seleccionados por que presentan aplicaciones en áreas de interés como la microelectrónica, aplicaciones estructurales y herramientas de corte (resistencia al desgaste) respectivamente.2. LA TÉCNICA DE INDENTACIÓN

2.1 Fundamentos Esta técnica fueimplementada por Brinell hacia los años 1900. Los trabajos de Tabor D 1952 y 1984 muestran de manera clara todo el estado del arte de esta técnica aplicada al estudio de la dureza de los materiales metálicos.El ensayo de indentación, consiste en presionar un indentador sobre la superficie dejando una impresión sobre el material como se muestra en la figura 1. Dependiendo de la carga máxima aplicada y de...