Fractura de materiales cerámicos estructurales avanzados

Pastor Caño, Jose Ignacio (1993). Fractura de materiales cerámicos estructurales avanzados. Tesis (Doctoral), E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos (UPM).

Descripción

Título: Fractura de materiales cerámicos estructurales avanzados
Autor/es:
  • Pastor Caño, Jose Ignacio
Director/es:
  • Elices, Maunel
  • Planas Rosselló, Jaime
Tipo de Documento: Tesis (Doctoral)
Fecha: 16 Diciembre 1993
Materias:
Palabras Clave Informales: materiales cerámicos, alta temperatura, ensayos mecánicos, circona, alumina, energía de fractura, tenaciedad, resistencia mecánica, fractografía
Escuela: E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos (UPM)
Departamento: Ciencia de los Materiales
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

Esta Tesis Doctoral presenta un nuevo método experimental que permite la completa caracterización (tenacidad, energía de fractura, curva-R, resistencia a tracción, módulo de elasticidad, y curva dilatométrica) del comportamiento en fractura de materiales cerámicos estructurales avanzados a alta temperatura. A fin de determinar la geometría de ensayo más adecuada se comparan, analítica y experimentalmente, diversos métodos de caracterización de la fractura en materiales cerámicos. Los resultados experimentales, para una circonia parcialmente estabilizada con un 8.5% molar de magnesia y una alúmina de 99.7% de pureza, mostraron que las probetas prefisuradas ensayadas por flexión en tres puntos son las que permiten una mejor determinación de la tenacidad fractura, tanto a temperatura ambiente como a temperaturas elevadas. Para poder conseguir probetas prefisuradas de una forma rápida se ha puesto a punto una técnica recientemente desarrollada, y llamada “puente en compresión” (Bridge Indentation). Esta técnica permite obtener, en pocos minutos, grietas de varios milimetros de longitud, sin necesidad de someter a fatiga el material. Para mejorar la repetitividad del método se realiza un estudio pormenorizado del sistema de prefisuración, determinandose la influencia de las diferentes variables involucradas en la técnica sobre la longitud de grieta obtenida. Ante la dificultad de obtener ensayos de fractura estables en materiales cerámicos se ha puesto a punto una técnica, totalmente original, consistente en controlar una máquina de ensayos servohidraulica usando la señal analógica que envía un sistema de extensometría láser, que mide el CMOD de la probeta. Los ensayos estables obtenidos con esta técnica proporcionan más información (información que de otra forma es imposible obtener) que los ensayos tradicionales de fractura, basados sólo en la medida de la carga máxima o de la longitud de grietas superficiales introducidas con una punta Vickers. Las ramas de descarga después del máximo, y ciclos de descarga y re-carga permiten la determinación de la energía de fractura y de la curva-R. Como ejemplo de las potencialidades del método se estudia el comportamiento en fractura de una circonia itriada (3Y-TZP) a alta temperatura. También se ha realizado un análisis riguroso de la técnica propuesta estudiandose: a) La influencia que la temperatura y el promedio sobre el número de lecturas tiene sobre el error en la medida del CMOD. Se verá que un buen aislamiento térmico y un promediado sobre un número de lecturas adecuado es fundamental para reducir el ruido de la señal y poder controlar la máquina de ensayos. b) El efecto que el paralelismo de las espigas tiene sobre el CMOD medido en tres situaciones: espigas paralelas, convergentes, y divergentes. Se propone una ecuación que explica este efecto en función desplazamiento del punto de carga. c) La linealidad y histeresis del equipo experimental. Los resultados indican que esta última es muy pequeña y despreciable frente a las medidas que estamos realizando. Haciendo pequeñas modificaciones en la configuración del sistema de metrología láser ha sido posible emplearlo como dilatómetro (se ha obtenido la curva dilatométrica de la circónia itriada hasta los 1100 °C), y se ha determinardo el módulo de elasticidad a alta temperatura, a partir del cambio en la pendiente de la curva Fuerza-Desplazamiento. Se propone el método de tracción indirecta para la determinación de la resistencia a tracción a alta temperatura en materiales cerámicos, ya que los métodos de tracción directa presentan serios inconvenientes (mordazas frias y/o problemas de alineación de las probetas). En estos ensayos se configura el sistema de metrología láser para poder medir la deformación transversal (efecto Poisson) tanto a temperatura ambiente y como a alta temperatura. Finalmente, se realiza una observación microscópica de las superficies y perfiles de fractura de los tres materiales ensayados. En este análisis se encuentra que: a) No parece existir una influencia del generador de grieta en la tenacidad medida en probetas prefisuradas. b) Los ligamentos resistentes y la ramificación de la grieta principal son micromecanismos importantes que contribuyen a aumentar la tenacidad de los tres materiales cerámicos estudiados, con independiencia del tamaño de grano del material (desde 32 nm hasta más de 50 µm) y de la existencia de otros micromecanismos de refuerzo como la transformación martensitica debida a partículas tetragonales de circonia.

Más información

ID de Registro: 93
Identificador DC: http://oa.upm.es/93/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:93
Depositado por: Dr JOse Ygnacio Pastor
Depositado el: 05 Mar 2007
Ultima Modificación: 20 Abr 2016 06:01
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