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Caracterización mecánica de materiales cerámicos mediante ensayos de fractura estable.

 

Ana García Prieto
Universidad Autónoma de Madrid – Instituto de Cerámica y Vidrio-CSIC, 18 de marzo de 2015.

 

Directora:
Carmen Baudín de la Lastra (ICV-CSIC).


En este trabajo se ha desarrollado un nuevo dispositivo experimental y una metodología de ensayo y análisis de resultados para determinar la tenacidad de fractura de materiales cerámicos. Se ha planteado como hipótesis básica la adecuación de los ensayos de fractura estable para la determinación de la tenacidad de fractura de los materiales y se ha propuesto la utilización de la apertura de los labios de la grieta (CMOD) como parámetro de control.

El dispositivo experimental consta de un micrómetro óptico asociado a un dispositivo de flexión en tres puntos y se ensayaron probetas prismáticas con entallas rectas en forma de V. Con el fin de demostrar la validez del dispositivo experimental y la metodología de ensayo y análisis de resultados desarrollados, se ensayaron materiales cerámicos con comportamientos mecánicos muy diferentes: espinela de aluminio-magnesio, alúmina, mullita y refractarios comerciales.

En todos los casos se alcanzaron ensayos de fractura estable demostrándose así la adecuación de la utilización del CMOD como parámetro de control. Se estudió la influencia de las condiciones experimentales en la tenacidad de fractura. La utilización del CMOD como parámetro de control minimiza el efecto de factores como la inercia de la máquina y permite identificar el crecimiento subcrítico de grietas. El valor del factor crítico de intensidad de tensiones en modo I, KIC, obtenido a partir de ensayos estables es considerablemente inferior al obtenido a partir de ensayos inestables. A partir de los ensayos de fractura estable fue posible obtener, además del KIC, la energía de fractura, que caracteriza todo el proceso de fractura.

Una vez demostrada la validez del dispositivo experimental y de la metodología de ensayo y análisis de resultados desarrollados, se prepararon y caracterizaron materiales nanocompuestos de Al2O3/SiC y se ensayaron según la metodología propuesta, aportando valores de tenacidad de fractura desconocidos hasta la fecha.  Estos resultados permitieron establecer las relaciones microestructura-comportamiento mecánico en dichos nanocompuestos e inferir que la metodología de ensayo y análisis de resultados desarrollados son adecuados para la caracterización de otros nanocompuestos cerámicos.

Calificación: Sobresaliente Cum Laude.

Tribunal:
Presidente:
Dr. Jose Ygnacio Pastor Caño-Universidad Politécnica de Madrid.

Secretario: Dr. David Tudela Moreno-Universidad Autónoma de Madrid.
Vocales:
Dr. Emilio Jiménez Piqué-Universidad Politécnica de Cataluña.
Dra. Alicia Salazar López-Universidad Rey Juan Carlos de Madrid.
Dra. Pilar Pena Castro-Instituto de Cerámica y Vidrio-CSIC.