Propiedades Mecanicas de las ceramicas

8. PROPIEDADES MECÁNICAS DE LAS CERÁMICAS

Son duros y frágiles a temperatura ambiente debido a su enlace iónico/covalente (al aplicarles una fuerza los iones de igual carga quedan enfrentados provocando la rotura del enlace), este hecho supone una gran limitación en su número de aplicaciones. Esta fragilidad se intensifica por la presencia de imperfecciones.

Son deformables a elevadas temperaturas ya que a esas temperaturas se permite el deslizamiento de bordes del grano.

Factores que afectan la resistencia de los materiales cerámicos

La falla mecánica de los materiales cerámicos se presenta principalmente por defectos estructurales. Las principales fuentes de fractura en policristales cerámicos son las grietas superficiales producidas durante el acabado superficial, los huecos (porosidad), las inclusiones y los granos grandes que se forman durante el procesamiento

Fuente:Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales(07/08/12)

Tenacidad de los materiales cerámicos

Los materiales cerámicos, debido a su combinación de enlace iónico y covalente, tienen una baja tenacidad inherente. En años pasados se han llevado a cabo múltiples investigaciones para mejorar la tenacidad de los materiales cerámicos. Mediante el uso de ciertos procesos, como cerámicas prensadas en caliente con aditivos y reacciones de enlace, se han producido cerámicas de ingeniería con mejor tenacidad

Fuente:Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales(07/08/12)

Reforzamiento de la tenacidad de la circonia parcialmente estabilizada (PSZ)

Recientemente se ha descubierto que las transformaciones de fase de la circonia combinada con otros óxidos refractarios (como CaO, MgO o Y2O3) pueden producir mate riales cerámicos con una tenacidad a la fractura excepcionalmente alta.

Falla por fatiga de cerámicos

La falla por fatiga en metales se presenta bajo esfuerzos cíclicos repetidos por la nucleación y la formación de grietas en un área endurecida por deformación plástica de una muestra. Debido al enlace iónico-covalente de los átomos en un material cerámico, hay una ausencia de plasticidad en las cerámicas durante el esfuerzo cíclico. En consecuencia, la fractura por fatiga es rara en las cerámicas.

Fuente:Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales(07/08/12)

.1 Propiedades mecánicas de los materiales cerámicos.

Considerados en su totalidad como una clase de materiales, los cerámicos son relativamente frágiles. La resistencia a tracción observada en materiales cerámicos varía enormemente con rangos que van desde valores muy bajos, menores de 0.69 MPa hasta 7000 MPa para algunas fibras monocristalinas de Al2O3. Sin embargo, como tal clase de materiales, pocos cerámicos tienes cargas de rotura superiores a los 172 MPa.

Los materiales cerámicos muestran igualmente grandes diferencias entre la resistencia a tracción y a compresión, siendo las de compresión alrededor de 5 a 10 veces las de tracción, tal como se indica en la tabla 14.4 para diferentes materiales cerámicos. Muchos materiales cerámicos son duros y tienen baja resistencia al impacto debido a sus uniones iónico-covalentes, aunque como excepción encontramos el comportamiento de las arcillas como materiales fácilmente deformables debido a fuerzas de enlaces secundarios débiles entre las capas de los átomos unidos por enlaces iónico-covalentes.

El fallo mecánico de los materiales cerámicos se da principalmente por defectos estructurales. Las causas principales de la fractura en cerámicos policristalinos han de buscarse en las grietas superficiales producidas durante los procesos de conformación y acabado, poros, inclusiones y estructuras de granos grandes formados durante el proceso de cocción, que actúan como concentradores de tensiones fragilizando al material.

Cuando la tensión alrededor de un poro alcanza un valor crítico, se forma un inicio de grieta que se propaga rápidamente en los materiales cerámicos al no haber en los mismos procesos o mecanismos que absorban mucha energía como los que se dan en los metales dúctiles durante la deformación, ya que sus estructuras cristalinas no son propicias al deslizamiento ni a la deformación por maclado. De esta manera, una vez iniciada la grieta, ésta continua su crecimiento hasta llegar a la rotura.

Los poros también actúan, al igual que las inclusiones, mermando la resistencia del material al disminuir la sección útil del mismo y por tanto disminuye la tensión que es capaz de soportar éste. Así, el tamaño y la fracción en volumen de los poros en las cerámicas son factores importantes que afectan grandemente a su resistencia. La figura 14.21 muestra como un incremento de la fracción en volumen de poros disminuye la resistencia a tracción transversal de la alúmina.

Figura 14.21. Efecto de la porosidad sobre la resistencia transversal de la alúmina pura.

En los materiales cerámicos totalmente densos, en los que no hay grandes, el tamaño de las grietas está normalmente relacionado con el tamaño del grano. Para cerámicas sin poros la resistencia es función del tamaño del grano, siendo las cerámicas de tamaño de grano más fino las que tienen grietas de tamaño más pequeño en los límites de grano. Por consiguiente, su resistencia será mayor que las que presentan un mayor tamaño de grano, figura 14.22.

Figura 14.22. Efecto del tamaño de grano de alúmina en su resistencia.

La resistencia de un material cerámico policristalino está, en consecuencia, determinada por muchos factores, que incluyen la composición química, la microestructura y las condiciones superficiales como factores principales. La temperatura y el entorno también son importantes, así como el tipo de esfuerzos de solicitación y cómo se aplican. Es por todo ello que el comportamiento de los materiales cerámicos no es igual para todas las muestras de ensayo, aunque éstas sean idénticas, lo que supone un serio problema a la hora de diseñar con estos materiales cuando tienen

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