Determinación de la presencia de fatiga mecánica en materiales cerámicos

Abstract

INTRODUCCIîN Materiales cer ‡micos avanzadosLos materiales cer ‡micos son candidatos para varias aplicaciones estructurales, puesto que presentan buena resistencia frente a la corrosi-n en medios agresivos, mantienen sus propiedades mec ‡nicas a temperaturas elevadas (superiores a los 1000 ¼C) y ofrecen una buena relaci-n resistencia/peso. En cambio, el principal problema es su fragilidad intr'nseca y la dificultad en controlar y detectar los defectos producidos durante su procesamiento. Con el fin de aumentar la tenacidad en estos materiales se han desarrollado los denominados materiales cer ‡micos avanzados o de ingenier'a. ƒstos pueden tener valores de tenacidad de fractura (K IC ) superiores a 10 MPa m 1/2 (1-4), y de esta manera aumentar sus posibilidades como materiales estructurales. Esta nueva aplicaci-n obliga a estudiar y caracterizar su comportamiento bajo los principales tipos de solicitaci-n: aplicaci-n de una carga constante o aplicaci-n de cargas fluctuantes. El primero de ellos es un fen--meno bastante bien conocido y reportado. En cambio, la aplicaci-n de cargas c'clicas abre un nuevo campo de estudio, puesto que los materiales cer ‡micos avanzados, a diferencia de los vidrios y cer ‡micas monol'ticas, presentan degradaci-n debido a las cargas fluctuantes aplicadas. El efecto de cada uno de estos casos se estudia en detalle en los siguientes apartados. Comportamiento bajo cargas constantesEn materiales cer ‡micos y en vidrios se observa que la aplicaci-n de una carga constante produce una disminuci-n de la resistencia a fractura (σ F ) en funci-n del tiempo. Este fen-meno es conocido desde hace a-os (5-8) y en la literatura cer ‡mi-ca recibe el nombre de fatiga est ‡tica. Su causa es la degradaci-n que ejerce sobre el material el agua ambiental (5-15), facilitando la propagaci-n de fisuras preexistentes. Esto se pone de manifiesto viendo la influencia que tiene el grado de humedad en la disminuci-n de σ F . As', en agua el efecto de fatiga est ‡tica es mucho m ‡s acusado que en aire y m ‡s que en nitr--geno seco o en vac 'o (8-14). Dado que muchos materiales cer ‡-micos presentan una fase v'trea intergranular procedente de los procesos de sinterizaci-n, algunos autores proponen mecanismos basados en la interacci-n de esta fase v'trea con el agua B O L E T I N D E L A S O C I E D A D E S P A Ñ O L Cerámica y Vidrio Determinación de la presencia de fatiga mecánica en materiales cerámicosLos materiales cer ‡micos son susceptibles al crecimiento de fisuras por la acci-n combinada del medio ambiente y la aplicaci-n de carga (fatiga est ‡tica). Por otra parte, el crecimiento subcr'tico de fisuras en cer ‡micas tambiŽn puede ser producido por la aplicaci-n de cargas fluctuantes (fatiga mec ‡nica). Este fen-meno no se observa en vidrios ni en cer ‡micas monocristalinas, pero si en muchos de los llamados materiales cer ‡micos avanzados. En este trabajo se describe una metodolog'a utilizada para detectar la presencia de fatiga mec ‡nica en materiales cer ‡micos, basada en la obtenci-n de estimaciones de ...

Comportamiento mecánico de materiales cerámicos estructurales

“…When the materials are in use, these stresses may imply not only static or variable loads, eventually combined with corrosion processes (8,9) but also temperaturerelated dilatational stresses (10,11). Frictional stresses, which occur during the interaction of solid surfaces in movement, are the object of tribology.…”

“…The average strength calculated from of the experimental results and the value of Γ(1+1/m)= Γ(1+1/10)=0,9514 is 390MPa. According to equations [8][9] (f(10)=1.45, 1.73 for 4 and 3-point bending, respectively), if during the experiments beams of 3x4x40mm 3 of the material had been tested in uniaxial tension, the average strength value that would have been obtained (269MPa) would have been 30% lower and, if the tests had been done in three-point bending, with a distance of 40mm between supports, the average value obtained would have been 20% higher.…”