Determinación de las Propiedades Mecánicas de los Materiales Cerámicos

La selección y preparación de un material cerámico, depende principalmente de la aplicación y de la información cuantificada y cualificada de sus respectivas propiedades mecánicas, además el comportamiento de estas, respecto al medio en el que va a operar, no obstante, cabe resaltar que de acuerdo a esta aplicación los materiales cerámicos tienen su respectiva preparación y fabricación en función de las normas que lo rigen.
Al entrar más a fondo con el tema la realización de las diferentes pruebas y ensayos para determinar las propiedades mecánicas y poder darles la aplicación más adecuada a las diferentes especies de cerámicos se es necesario recurrir a las normas las cuales establecen las condiciones, dimensiones y equipo el cual se debe usar con el fin de obtener los resultados más concretos y explícitos posibles.

Ensayo de tracción

De acuerdo con la norma ASTM C-1273, indica cómo realizar dicho ensayo bajo las condiciones del equipo a utilizar, dimensiones de las probetas de ensayo, su preparación inicial (mecanizado) composición química (% de humedad) y estructural. Este ensayo permite determinar la resistencia a la tracción bajo cargas uniaxiales.

Equipo ensayo de tracción

Este tipo de ensayo aplica para materiales cerámicos y materiales reforzados con fibras o partículas a temperatura ambiente. Sin embargo, este ensayo no es muy práctico debido a la gran fragilidad de los materiales cerámicos en tracción, además de sus condiciones de ensayo como el dimensionamiento de las probetas y el trabajado que deben llevar. El equipo a diferencia de la máquina de tracción para los materiales metálicos posee unas mordazas especiales que no generan altas presiones para no ocasionar fallas y lecturas erróneas durante el ensayo.

El mecanizado y preparado de las probetas en el ensayo de tracción es una de las etapas críticas debido a que este proceso induce tensiones residuales, así como imperfecciones a la estructura del cerámico, el cual cuenta con una gran cantidad de defectos obtenidos durante el secado y el proceso de sinterización, creando concentradores de esfuerzo.

Ensayo de compresión

Este ensayo mecánico está regido por la norma ASTM C1424, el cual aplica para materiales cerámicos de alta fragilidad, así como materiales reforzados por partículas y fibras, en el cual se puede determinar la resistencia a la compresión y de esta forma analizar el comportamiento de dicho material bajo cargas a compresión. El ensayo también permite evaluar las características durante la propagación de las grietas de acuerdo al material a evaluar. El ensayo de compresión a comparación con el de tracción no posee muchos requerimientos, ni condiciones para la realización de la prueba, lo único importante es que este ensayo la probeta del material a evaluar debe tener el tamaño original al cual estará sometido el componente cerámico.

Ensayo de flexión

La inherente fragilidad de los materiales cerámicos a cargas a tracción, así como la dificultad en la elaboración de las probetas para este ensayo en materiales cerámicos, dificulta la determinación de la resistencia a la tracción de estos materiales; sin embargo, el ensayo de flexión se convierte en un recurso importante para determinar este comportamiento en los cerámicos.

La norma ASTM C1611, establece el mecanismo por el cual se puede determinar la resistencia a esfuerzos de flexión para materiales cerámicos, de acuerdo con esta norma para determinar dicha propiedad la manera más usual es mediante los ensayos de flexión de tres y cuatro puntos, en la cual fija también las condiciones que debe tener dicho material a evaluar, es decir las dimensiones tanto en longitud, lado o diámetro de acuerdo con la sección transversal utilizada y su homogeneidad e isotropía.

Ensayo de flexión de cuatro puntos

Indentación

Una impresión superficial permanente es formada en el cerámico por un indentador que permite determinar la dureza de un material cerámico. Así como los metales, este ensayo tiene las mismas escalas de dureza como Brinell, Vickers, Rockwell, Knoop, en donde también se aclara de acuerdo a la escala escogida el tipo de indentador a utilizar, la carga apropiada, espesor de las probetas y sus respectivos equipos.

De esta forma también se involucra la nanoindentación la cual fue desarrollada debido a la necesidad para determinar las propiedades mecánicas de los recubrimientos cerámicos delgados, en donde los resultados me permiten determinar de forma específica el módulo elástico, dureza nanométrica y a su vez identificar las transformaciones de fase que se presentaron en el cerámico evaluado.

De esta manera la determinación de la Tenacidad a la Fractura se puede determinar por indentación de forma experimental, en donde se describe la facilidad con la cual se propaga una grieta como defecto de un material frágil, en el cual se determina el equipo y las condiciones de las probetas a ensayar.

Bibliografía

Determinación de la tenacidad a la fractura mediante indentación Vickers. Enrique Rocha Rangel. Sebastián Díaz de la torre. Universidad Autónoma Metropolitana. Departamento de materiales. http://tecnolowikia.wikispaces.com/Ensayo+Dureza+Vickers

ASTM C1161 - 13 Standard Test Method for Flexural Strength of Advanced Ceramics at Ambient Temperature

ASTM C1424 – 15 Standard Test Method for Monotonic Compressive Strength of Advanced Ceramics at Ambient Temperature

ASTM C1273 - 15 Standard Test Method for Tensile Strength of Monolithic Advanced Ceramics at Ambient Temperatures

Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de los Materiales. William F. Smith. University of Central Florida. 3 edición. Mc Graw Hill

EFECTO EN LA RESISTENCIA DE LAS ESCORIAS DE FUNDICIÓN DE COBRE COMO AGREGADO FINO EN EL COMPORTAMIENTO RESISTENTE DEL HORMIGÓN. Ingeniare. Revista Chilena de Ingeniería, vol. 17 Nº 1, 2009, pp. 85-94