Caracterización por contacto de cerámicas nanocompuestas de alúmina-mullita

Abstract

Los materiales cerámicos se emplean de manera creciente en ambientes extremos por su dureza y su resistencia al ataque térmico o químico, por ejemplo, en aplicaciones biomédicas o en el sector energético. Sin embargo, la inherente fragilidad limita su uso y hace que muchas veces se empleen sólo en la superficie. Cuando estos materiales se someten a contacto superficial, desarrollan sistemas de fractura típicos de contacto, principalmente grietas cono y cuasi-plasticidad por microagrietamiento. Un daño inicial en una pequeña cantidad de ciclos y bajas cargas consiste en grietas macroscópicas en conos de tracción (modo “frágil”). El daño secundario luego de una gran cantidad de ciclos y altas cargas consiste en un daño micro distribuido por cizallamiento (modo “cuasi-plástico”), con grietas radiales acompañantes y una nueva forma de grietas subsidiarias en conos profundamente penetrantes. Ambos modos de daño degradan la fuerza: el primero, inmediatamente después de la iniciación de la grieta cono, de manera relativamente lenta; el segundo, después del desarrollo de grietas radiales, mucho más rápidamente. [1] Estas fracturas pueden ocasionar el fallo del componente. Una de las estrategias empleadas para evitar la generación de grietas cono, aumentando la tenacidad de estos materiales, es la adición de una segunda fase. En ese sentido se ha prestado especial atención a la fabricación de cerámicos micro- y nanocompuestos. En este proyecto se evaluará la resistencia al contacto de materiales compuestos de base alúmina con mullita como segunda fase de tamaño micro y nanométrico, con diferentes tamaños de grano y temperaturas de sinterización. Estos materiales son fabricados por el Instituto de la Cerámica y Vidrio de Madrid. Para lo anterior se efectuarán ensayos de contacto Hertzianos, mapas de daño y finalmente se realizará una tomografía para evaluar la naturaleza del daño en profundidad. Los resultados muestran una evolución favorable al añadir un porcentaje bajo de mullita, en cuanto a la reaccion frente al contacto, como el hecho de tener unpoco de hundimiento pero pocas grietas, dependiendo del proceso de sinterizacion y del porcentaje estudiado.

Por otra parte, la tomografía propone resultados muy interesantes para desarrollar los estudios sobre la caracterización por contacto de cerámicas. Los resultados reconstituyen de manera entera la huella obtenida por indentación, de modo que se aconseja su uso para estudiar a fondo las cerámicas.