Daño por contacto hertziano en un nanocompuesto Ce-TZP/Al2O3

Abstract

El material compuesto Ce-TZP/Al2O3 es una cerámica nanoestructurada con granos de alúmina y circona tetragonal estabilizada con ceria. Actualmente, este tipo de compuestos están siendo desarrollados con el objetivo de sustituir a la circona dopada con 3% molar de itria de grado biomédico. En este trabajo, se ha estudiado el comportamiento de este compuesto bajo contacto monotónico aplicado mediante indentación esférica. Mediante espectroscopia micro-Raman se ha puesto en evidencia el cambio de fase local inducido por acción de las tensiones en la huella residual. Esto indica que el mecanismo de transformación de fase es máximo en los bordes de la huella, que corresponde a la zona donde el campo de tensiones de tracción es máximo de acuerdo con la teoría hertziana de la indentación esférica. Las conclusiones son que a pesar de que las grietas anillo aparecen para cargas de indentación esférica similares a las correspondientes a la circona dopada con itria, en el presente nanocompuesto su penetración hacia el interior del material es mucho menor, lo cual pone de manifiesto una mayor tolerancia al daño. Esta mayor tolerancia se relaciona a una mayor a tenacidad de fractura. // The composite material Ce-TZP/Al2O3 is a nanostructured ceramic with alumina grains and tetragonal zirconia stabilized with ceria. Currently, this type of composites is being developed with the objective to substitute biomedical grade tetragonal zirconia polycrystals doped with 3% molar yttria. In the present work, the microstructure and mechanical properties of such a composite have been studied. Additionally, the behaviour under monotonic contact loading has also been studied by spherical indentation at different load ranges. Raman spectroscopy revealed the local phase transformation induced by the locally applied stresses on the residual imprint. This indicates that the phase transformation mechanism is maximal at the border imprints, which corresponds to the zone where the traction stresses are maximal according to classical Hertzian theory. The conclusions are that while the crack rings appear at similar indentation loads as 3Y-TZP, the penetration of these cracks in the interior of the composite is much smaller, which means a higher tolerance to contact damage. This higher tolerance is related to its higher fracture toughness.