Tensión de fractura de materiales cerámicos mediante ensayos Small Punch

• Baudín, Carmen ^[1] ; Quintana, Covadonga ^[2] ; Belzunce, Javier ^[2] ; C. Rodriguez ^[2]
  1. [1] Instituto de Cerámica y Vidrio

     Instituto de Cerámica y Vidrio

     Madrid, España

     
  2. [2] Universidad de Oviedo

     Universidad de Oviedo

     Oviedo, España

     
• Localización: Revista española de mecánica de la fractura, ISSN-e 2792-4246, Nº. 4 (comunicaciones 5th Iberian Conference on Structural Integrity), 2022, págs. 35-40
• Idioma: español
• Enlaces
  • Texto Completo Ejemplar
• Resumen
  • español

    La fractura de la cerámica es frágil, por lo que los valores de la tensión de fractura de piezas nominalmente idénticas y sometidas a iguales solicitaciones mecánicas son altamente variables. Debido a este comportamiento, es necesario realizar ensayos sobre un gran número de probetas para diferenciar entre materiales con variaciones sistemáticas de la microestructura. Los ensayos estándar (flexión en 3 o 4 puntos) requieren un gran volumen de material del que en muchas ocasiones no se dispone. Además, muchos componentes cerámicos se fabrican en forma de pequeños discos finos y el procesado de probetas para flexión puede modificar significativamente su respuesta mecánica. Una solución a este problema es la utilización de los propios componentes como probetas de ensayo miniatura como el Small Punch Test (SPT).

    En este trabajo se analiza la caracterización de la tensión de fractura de materiales cerámicos avanzados mediante SPT.

    Para asegurar la validez de este ensayo se han elegido tres materiales con parámetros elásticos muy distintos (PZT, alúmina y nitruro de silicio), lo que implica analizar la influencia de diferentes interacciones punzón-superficie del material. Para cada material se han caracterizado series de discos de dos espesores diferentes y se ha llevado a cabo una extensa campaña de análisis fractográfico con objeto de identificar los defectos críticos y, con ello, asegurar la validez del método. Se han obtenido las distribuciones de Weibull correspondientes, se han determinado los volúmenes efectivos y se han establecido las relaciones existentes entre los parámetros de Weibull de las distribuciones obtenidas.

  • English

    Ceramic fracture is brittle, so the fracture stress values of nominally identical pieces and subjected to the same mechanical stresses are highly variable. Due to this behavior, it is necessary to carry out tests on a large number of specimens to differentiate between materials with systematic variations of the microstructure. Standard tests (3 or 4 points bending) require a large volume of material that is often not available. In addition, many ceramic components are manufactured in the form of small thin disks and the processing of specimens for bending can significantly modify their mechanical response. One solution to this problem is the use of the components themselves as miniature test specimens such as the Small Punch Test (SPT).

    In this work, the characterization of the fracture stress of advanced ceramic materials by means of SPT is analyzed. To ensure the validity of this test, three materials with very different elastic parameters (PZT, alumina and silicon nitride) have been chosen, which implies analyzing the influence of different punch-surface interactions of the material. For each material, series of discs of two different thicknesses have been characterized and an extensive fractographic analysis campaign has been carried out in order to identify the critical defects and, thereby, ensure the validity of the method. The corresponding Weibull distributions have been obtained, the effective volumes have been determined and the relationships between the Weibull parameters of the distributions obtained have been established.