PROPRIEDADES MECÂNICAS

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1 PROPRIEDADES MECÂNICAS problem Cerâmics pr fins estruturis frtur frágil Não presentm deformção plástic preciável Bix tencidde Grndes vrições de resistênci à frtur entre peçs de um mesmo lote Fdig estátic Problems serem resolvidos tnto de ponto de vist científico qunto tecnológico

2 Vntgens: Alt resistênci à brsão Refrtriedde Inérci químic Funções estruturis Hbilidde de mnter integridde estruturl lts temperturs Densiddes menores que os metis Prâmetros que influencim s proprieddes mecânics dos mteriis cerâmicos Prâmetros do mteril: Composição Estrutur cristlin Microestrutur Defeitos/flhs Condições superficiis Tensões interns Tmnho e geometri d mostr Meio mbiente: Tempertur Atmosfer Tx de deformção Fdig estátic ou cíclic Estdo de tensão (unixil ou multixil)

3 Estudos: umentr tencidde minimizr vrição esttístic d resistênci mecânic melhorr o entendimento d mecânic d frtur Principis ftores que determinm s proprieddes mecânics de um mteril: Forç de ligção entre os átomos Fcilidde do movimento ds discordâncis trvés do cristl.

4 Resistênci mecânic Curv tensão x deformção Região liner: Lei de Hooke E. onde é tensão plicd E é o módulo elástico é deformção Deformção elástic corresponde umentr seprção entre os plnos tômicos, o que está diretmente relciondo com s forçs intertômics. Com o umento d tempertur, seprção tômic ument, diminuindo forç pr seprções posteriores e portnto, diminuindo E.

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6 Módulo de Elsticidde Relciondo com rigidez É o quociente entre tensão plicd e deformção elástic resultnte. Está relciondo diretmente com s forçs ds ligções intertômics

7 E Alumin = 390 GP E ço = 196 GP Cerâmics ou fibrs de vidro são usds nos compósitos su presenç ument rigidez específic do compósito

8 Cerâmics Intrinsecmente durs Ligções do tipo iônic e covlente dificultm o movimento Ligções covlentes Direcionl e específic, envolvendo troc eletrônic entre pres de átomos. Qundo um escorregmento move-se trvés d estrutur deve quebrr e restbelecer esss ligções Qundo os cristis são suficientemente deformdos, há frtur frágil devido à seprção do pr de elétrons sem que hj subseqüente resturção. Cerâmics covlentes são frágeis tnto n form de monocristl como n form cristlin.

9 Resistênci Mecânic Não é vlido por ensio de trção: É difícil preprr mostrs que possum geometri exigid; É difícil prender e segurr mteriis frágeis; As cerâmics flhm pós um deformção de pens 0,1%, o que exige que os corpos de prov estejm perfeitmente linhdos.

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11 Ligções iônics Dependendo dos plnos podem sofrer considerável deformção plástic Monocristis sólidos ligdos ionicmente, tis como o MgO e o NCl presentm à tempertur mbiente, considerável deformção plástic sob ção de tensões compressivs. Em cerâmics policristlins muitos plnos de cislhmento são necessários A plsticidde obrig que mudnç n form do grão sej comptível com que ocorre nos grãos vizinhos. Como os sólidos ligdos ionicmente possuem poucos sistems de escorregmento, precem fends nos limites dos grãos, consequentemente ocorre frtur frágil.

12 Durez Qundo um mteril é submetido um teste de trção ou um identdor é pressiondo sobre ele, os átomos se movem ( escorregm ) trvés do mteril. cerâmic dificuldde de movimento de escorregmento dos átomos. Alt durez Mteril Durez Knoop (crg 100 g) Dimnte 7000 SiC 500 Alumin 100 WC 100 Qurtzo 800 Aço 600 Níquel 80

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14 Resistênci Mecânic Resistênci mecânic intrínsec de um mteril é forç por unidde de áre necessári pr quebrr o mteril trvés do rompimento ds ligções tômics Resistênci teóric, th Tensão necessári pr romper o corpo em dus prtes. Está diretmente relciond com forç de coesão entre os átomos. Considerndo um corpo de áre trnsversl unitári, forç de coesão entre dois plnos vri com distânci intertômic.

15 Se plicrmos trção num brr cilíndric de seção trnsversl unitári, forç de coesão entre dois plnos de átomos vri com seprção tômic,, de cordo com figur. Primeiro resistênci ument com seprção tômic, lcnç um pico n resistênci teóric e então diminui com o umento d seprção

16 Orown (1949) ssumiu um função senoidl simples relcionndo tensão e deslocmento. th sen o ( o é distânci intertômic )

17 Argumento de Orown Num sólido frágil, todo trblho gsto n produção d frtur vi pr crição ds dus novs superfícies. Cd um desss superfícies tem um energi superficil - s Trblho W áre sob curv th W = s sen ( o ) W o o ( o ) thsen d th

18 Como W = s th s th 1. Pr um sólido frágil: E. L L o o x o E. x o d dx E o

19 . Pr pequenos vlores de - o sen x ~ x th ( o ) sen th x d th dx Eliminndo x ds equções: E th o o E th

20 Substituindo n equção th th E o th th E o Resistênci teóric de um sólido frágil pode ser express de mneir simples, com prâmetros básicos. Pr vlores típicos de E, e o, resistênci teóric é 5 < th < 10 GP E 10 th E 5

21 Exemplo: Alumin Ddos: E = 400 GP o = 4 x m = 1, J/m th ~ 35 GP N prátic: ~ 350 MP ~ 0,350 GP Pr miori ds cerâmics E 10 th E 5 E 1000 E 100

22 Justifictivs pr s discrepâncis: Aproximções envolvids n dedução d resistênci teóric idel Existênci de imperfeições nos mteriis reis Atum como fonte de discordâncis e como obstáculo o seu movimento. Pr mteriis dúcteis resistênci mecânic é limitd pel forç necessári pr mover s discordâncis. Pr mteriis frágeis o deslocmento ds discordãncis é difícil e s discordâncis se cumulm contr obstáculos nuclendo trincs que se propgm. Sugere-se que flhs interns ou superficiis tum com mplificdores de tensão e que seprção ds superfícies ocorre sequencilmente o invés de simultnemente.

23 Redução d resistênci vi depender: D form do poro D presenç de trincs Do tmnho e form de um inclusão Ds diferençs de E e entre s inclusões e mtriz

24 Concentrção de tensão - Ftor concentrdor de tensão (Kt) Inglis Um descontinuidde geométric num corpo, como um furo ou um entlhe, result num distribuição de tensões não uniforme ns proximiddes d descontinuidde. Num região próxim descontinuidde, tensão será mior do que tensão médi em pontos distntes d descontinuidde. Supondo um furo de form elíptic num plc fin submetid trção unixil.

25 t mx K 1 1 c mx - rio de curvtur d trinc b, c são os semi-eixos d elipse Supondo um furo de form elíptic num plc fin submetid trção unixil c b b c mx 1 Como

26 Exemplo: trinc com dimensões finits: trinc elíptic com c = 10b e poro esférico, onde c=b p/ trinc elíptic: p/ poro esférico Supondo que elipse é muito estreit, ou sej, << c mx b b b c mx b b b c c c mx

27 mx th 1 1 o E c 1 4 c E o f Critério de Irwin Ruptur ocorre qundo mx d equção de Inglis se igul tensão teóric th Ex: fcilidde de cortr vidros pós terem sido riscdos com um pont de dimnte.