Tensión de fractura de materiales cerámicos mediante ensayos Small Punch

Resumen

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.