Mechanical behaviour of structural ceramics

Abstract

El uso de los materiales cerámicos en aplicaciones estructurales está limitado por la falta de fiabilidad asociada a su comportamiento frágil durante la fractura. Para extender su aplicación se ha propuesto el diseño de microestructuras que presenten tolerancia a los defectos debido a la actuación de mecanismos de refuerzo. Este trabajo es una puesta al día sobre el estudio del comportamiento mecánico de los materiales cerámicos estructurales y su caracterización. En primer lugar, se revisan los parámetros de fractura utilizados para caracterizar materiales frágiles y los criterios de control estadístico que permiten determinar la probabilidad de que se sobrepasen los factores de seguridad exigidos en cada aplicación. A continuación, se discuten los mecanismos de refuerzo que se pueden desarrollar en los materiales cerámicos a través del diseño microestructural. En los materiales cerámicos en los que la actuación de mecanismos de refuerzo conduce a un comportamiento significativamente distinto del puramente frágil, los parámetros derivados del tratamiento lineal elástico (factor crítico de intensidad de tensiones, KIC, y tasa crítica de liberación de energía, GIC), determinados experimentalmente, dejan de ser propiedades intrínsecas del material, independientes del tamaño de grieta y el sistema de carga. El presente trabajo revisa los parámetros mecánicos propuestos para la evaluación de la tenacidad de fractura de los materiales cerámicos reforzados y los métodos utilizados para su determinación. Se analizan los siguientes parámetros mecánicos: trabajo de fractura (γWOF), valor crítico de la integral J (JIC) y curva R. Para su determinación se proponen ensayos de fractura estable, que aseguran que la energía suministrada durante el ensayo se emplea únicamente en la propagación de la grieta.