ELEMENTOS SINTETICOS

Autor: BUENO RODRIGUEZ JUAN SALVADOR.
Año: 2005.
Universidad: AUTÓNOMA DE MADRID.
Centro de lectura: FACULTAD DE CIENCIAS.
Centro de realización: INSTITUTO DE CERAMICA Y VIDRIO. CSIC.

Resumen: Los materiales cerámicos tienen limitado su uso en aplicaciones estructurales por la falta de fiabilidad asociada a su comportamiento frágil durante la fractura. Un diseño adecuado de materiales laminados puede dar lugar a un comportamiento superior al de los materiales monolíticos que lo constituyen, en términos de tolerancia al tamaño de defecto. En general, los materiales monolíticos que presentan tolerancia al tamaño de defecto muestran bajos valores de tensión de fractura. Por ello, el objetivo principal de esta tesis es el diseño y caracterización de materiales cerámicos laminados que combinan valores de tensión de fractura del orden de la de los materiales de alúmina y tolerancia a los defectos. Para ello, se desarrollan materiales laminados con base alúmina - titanato de aluminio, dado la amplia variedad de microestructuras y respuestas mecánicas de estos compuestos. Para desarrollar estos materiales laminados, es necesario determinar las propiedades de los materiales monolíticos obtenidos en las mismas condiciones de fabricación con objeto de establecer la relación entre su comportamiento mecánico y el de este mismo material formando una capa. Se estudian materiales monolíticos de alúmina - titanato de aluminio con diferentes contenidos de segunda fase (10, 30 y 40 % en volumen), con microestructura controlada debido al uso de dos tratamientos térmicos límite (1450 ºC - 2h y 1550 ºC - 3h). Dado que en la actualidad no existen métodos estándar aceptados para la caracterización mecánica de materiales cerámicos compuestos monolíticos y laminados, parte del trabajo se dedica al estudio de métodos de caracterización adecuados. Se analizan las condiciones para conseguir ensayos de fractura estables y cuantificar los diferentes parámetros de fractura no lineal; trabajo de fractura ( WOF) y tenacidad de fractura (curva R y JIC), junto con los parámetros para caracterizar materiales lineales: factor crítico de intensidad de tensiones (KIC) y velocidad crítica de liberación de energía (GC). En función de los valores de estos parámetros y de observaciones fractográficas, se identifican los mecanismos de refuerzo operativos en los materiales obtenidos. En los materiales laminados obtenidos se alcanza un refuerzo adicional, propio del material laminado debido al efecto sinérgico de combinación de las capas, que es revelado por los valores del trabajo de fractura. Este refuerzo se debe a deflexión y ramificación de la grieta a nivel microestructural, que no da lugar a la deslaminación del material a escala macroscópìca. Este refuerzo depende de desarrollos microestructurales propios de la estructura laminada que tienen lugar durante la sinterización del material o durante el enfriamiento tras la sinterización, por lo que el refuerzo alcanzado en estos materiales no pierde su efectividad al aumentar la temperatura de trabajo.