Nanoindentación de compuestos de alúmina-10 vol. % titanato de aluminio

Abstract

En el presente trabajo se han estudiado, mediante la técnica de nanoindentación, las propiedades mecánicas de compuestos de alúmina-titanato de aluminio, Al2O3 + 5vol. % y +10 vol. % Al2TiO5, sinterizados bajo tres condiciones de temperatura (1450ºC, 1500ºC y 1550ºC) y para dos condiciones de tiempo (1h y 3h), lo que induce diferentes distribuciones de tamaño de grano en la segunda fase. Se han realizado indentaciones a diferentes profundidades de penetración (hmax: 2000 nm, 1000 nm, 300 nm y 100 nm) con el objeto de evaluar la respuesta global del compuesto y la respuesta individual de sus componentes, especialmente del Al2TiO5. Las huellas remanentes se han visualizado mediante técnicas de microscopía confocal (MC), microscopía electrónica de barrido (MEB), y microscopía de fuerza atómica (MFA). Se observó microagrietamiento para las muestras sinterizadas a 3h, debido a la mayor distribución de tamaño en los granos de alúmina presente en estos materiales. Se han calculado, de manera experimental, el módulo elástico del titanato de aluminio, E: 346.7 ± 60.0 GPa, y su dureza, H: 22.2 ± 2.5 GPa, estableciéndose relaciones entre dichas propiedades mecánicas y el tamaño de grano. El incremento del tamaño de grano en el Al2TiO5 se asocia a una disminución de los valores de sus propiedades mecánicas para los primeros nanómetros de penetración. --- The mechanical properties of different alumina-mullite composites, Al2O3 + 5vol. % and +10 vol. % Al2TiO5, were analyzed by using nanoindentation techniques. Those materials have been sinterized under three temperature conditions (1450°C, 1500°C and 1550°C) and two time conditions (1h and 3h). Such conditions imply different second phase grain size distribution as well as heterogeneous microstructure. With the aim of evaluating the global response of the composite, and the individual responses of each component, indentations with different penetration depths were performed. The residual imprints on material were observed by using confocal microscopy (CM), scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). Microcracking was observed on 3h sintered samples because of the higher alumina grain size distribution founded on these materials. Young modulus, as well as hardness of aluminium titanate, were experimentally calculated (E: 346.7 ± 60.0 GPa and H: 22.2 ± 2.5 GPa respectively), and relationships between grain size and mechanical properties were established. Grain size increases have been associated to in mechanical properties as expected for the first penetration nanometers.