Estudio del daño por choque térmico en materiales compuestos de matriz de vidrio reforzados con fibras de carburo de silicio

Abstract

RESUMEN SUMMARYEl desarrollo de daño microestructural en materiales compuestos de matriz de vidrio reforzados con fibras de carburo de silicio (Nicalon™) sometidos a choque térmico fiie investigado mediante la técnica no-destructiva de resonancia forzada y por mediciones de indentación "push-out " de fibras. Los ensayos de choque térmico involucraron el enfriamiento brusco en un baño de agua a temperatura ambiente de las piezas previamente calentadas a una temperatura elevada (650 "Q. La técnica de resonancia forzada permitió medir cambios en el módulo de Young de elasticidad y en la fricción interna de las muestras, ocurridos al aumentar el número de choques térmicos como consecuencia del daño microestructural inducido. La investigación del "push-out" défibras mostró que las propiedades de la interfase fibra/matriz no variaron apreciablemente bajo las condiciones de choque térmico estudiadas. Los resultados demostraron que la única forma de daño microestructural inducido por choque térmico en el material compuesto fue el agrietamiento de la matriz de vidrio. Además se observó que la fricción interna es un parámetro altamente sensible para detectar el inicio y desarrollo de tal agrietamiento. Se presenta un modelo semi-empírico simple, el cual permite correlacionar el nivel de fricción interna medido con la densidad de agrietamiento de la matriz de vidrio. Finalmente, se dedica especial atención a la importancia de detectar en forma no-destructiva la presencia de microgrietas en ¡a matriz de vidrio, en conexión con la posibilidad de inducir un proceso de curado de tales microgrietas mediante un tratamiento térmico, aprovechando el flujo viscoso del vidrio.The development of microstructural damage in silicon carbide fibre (Nicalon™) reinforced glass matrix composite samples subjected to thermal shock was investigated by using a nondestructive forced resonance technique and fibre push out indentation tests. Thermal shock testing involved quenching samples in a water bath maintained at room temperature from a high temperature (650 "Q. Changes in the Young's modulus and internal friction of the samples with increasing number of shocks were measured accurately by the forced resonance technique. Fibre push-out tests showed no significant changes in the properties of the fibre-matrix interface, indicating that damage in the composite was concentrated mainly in the development of matrix microcracking. It was also shown that the internal friction is a very sensitive parameter by which to detect the onset and development of such microcracking. A simple semi-empirical model is proposed to correlate the internal friction level with the microcracking density in the glass matrix. Finally, the relevance of detecting nondestructively the existence of microcracks in the glass matrix, before any significant interfacial degradation occurs, is emphasized, in conextion with the possibility of inducing a crack healing process by a thermal treatment (annealing), taking advantage of the viscous flow properties of the glass. MATERIALES