Análisis de la fragmentación de cermets de alúmina–níquel ensayados en Barra Hopkinson a altas velocidades de deformación

Abstract

El potencial de los materiales de alta alúmina en el campo de la ingeniería es de gran importancia debido a su inercia, alta disponibilidad y su gran resistencia eléctrica y química. Sin embargo, la fragilidad de alúmina limita mucho sus aplicaciones. Uno de los enfoques más prometedores para la mejora de las propiedades mecánicas de los materiales cerámicos son los "cermets" consistentes en incorporar una segunda fase metálica como refuerzo en una matriz cerámica. Una gran variedad de materiales compuestos cerámicos con fases dispersas metálicas se han preparado, sin embargo el sistema Al 2 O 3 -Ni ha sido uno de los más estudiados [1][2][3] debido principalmente a sus posibilidades de alta resistencia a la corrosión y a la oxidación a alta temperatura combinada con una alta resistencia al desgaste y una alta tenacidad a temperatura ambiente. La inclusión de una fase dúctil en una matriz de alúmina rígida mejora el comportamiento mecánico estático a través de la desviación por puenteo o por enroramiento de grieta. Para lograr un refuerzo eficiente, se requiere sin embargo un alto nivel de dispersión de la fase dúctil en la matriz para lograr una alta densidad relativa. Los materiales compuestos de alúmina-níquel se han preparado por varios métodos, incluyendo el procesamiento por sol-gel [4][5], sinterización sin presión, [6][7], la reducción de NiAl 2 O 4 [8], el prensado en caliente reactivo [9-10] o la reacción de En este trabajo, se presenta un estudio comparativo de la influencia de la velocidad de deformación sobre el comportamiento mecánico a la fragmentación de materiales compuestos de una matriz de alúmina con níquel metálico disperso cuando son sometidos a elevadas velocidades de deformación. La fragmentación bajo cargas dinámicas de compresión a alta velocidad se ha realizado mediante una Barra Hopkinson (SHPB). Se ensayaron materiales compuestos de alúmina-níquel con contenidos en metal de hasta el 50 vol. %, los cuales fueron procesados coloidalmente a partir de suspensiones acuosas coladas sobre moldes porosos de alúmina. Las muestras se pre-trataron térmicamente para lograr una interfase de unión eficaz y se sinterizaron posteriormente bajo un flujo inerte de atmósfera de argón. Para cada ensayo de fragmentación dinámica se determinaba la correspondiente velocidad de deformación. Las distribuciones estadísticas de tamaños de fragmentos producidos en el impacto con la barra de Hopkinson se determinaron por métodos de tamizado y sus resultados fueron analizados de acuerdo con la función de distribución estadística de Weibull y con el modelo exponencial de Rosin y Rammler. El efecto de la velocidad de deformación sobre el tamaño medio de fragmento se analizó utilizando los modelos de energía existentes. Finalmente, se analizaron los mecanismos de rotura involucrados. Palabras clave: Metal cerámicos, alúmina-níquel, estadística, fragmentación, Barra Hopkinson Fragmentation analysis of alumina-nickel cermets subjected to Hopkinson bar tests at high strain ratesA comparative study of the influence of t...