Degradación ambiental de las propiedades mecánicas de fibras monocristallinas de circona dopada con erbia

Abstract

[ES] Partiendo de fibras monocristalinas de ZrO2(Er2O3) tetragonal fabricadas por un procedimiento de fusión zonal con láser (LHFZ), se efectuaron ensayos de flexión en los que se medía la resistencia mecánica en función de la temperatura (25 a 800ºC) y el medio (aire o agua). Los ensayos fueron realizados a distintas velocidades con objeto de establecer la susceptibilidad a las condiciones ambientales. La susceptibilidad ambiental de la ZrO2(Y2O3) se había asociado siempre a la desestabilización de la fase tetragonal, pero el análisis de las superficies de fractura mediante microscopía electrónica de barrido y espectroscopia Raman confocal muestran una ausencia completa de fase monoclínica en las superficies de fractura de las fibras. Esta ausencia, junto con los ensayos complementarios sobre fibras sometidas a tratamientos de recocido para eliminar las tensiones residuales provenientes del procesado, indican que el crecimiento subcrítico de grieta se debe a un mecanismo de corrosión bajo tensión.

[EN] The flexure strength of tetragonal ZrO2(Er2O3) single-crystal monofilaments manufactured by the laser-heated floating zone method was measured as a function of the environment (air vs. water) and temperature (from 25 to 800ºC) at loading rates spanning three orders of magnitude to ascertain their susceptibility to the environmental conditions. These mechanical tests were completed with parallel tests on fully-annealed monofilaments (to relieve the thermal residual stresses induced during growth) and by detailed analysis of the fracture surfaces using scanning electron microscopy and micro-Raman spectroscopy. While environmental susceptibility of ZrO2(Y2O3) in previous investigations was always associated with the destabilization of the tetragonal phase, monoclinic phase was not detected on the fracture surfaces of the ZrO2(Er2O3) monofilaments and it was concluded that slow crack growth in this material at high temperature or immersed in water was due to stress-corrosion cracking.