Fractura de materiales cerámicos estructurales avanzados

Esta Tesis Doctoral presenta un nuevo método experimental que permite la completa caracterización (tenacidad, energía de fractura, curva-R, resistencia a tracción, módulo de elasticidad, y curva dilatométrica) del comportamiento en fractura de materiales cerámicos estructurales avanzados a alta temperatura. A fin de determinar la geometría de ensayo más adecuada se comparan, analítica y experimentalmente, diversos métodos de caracterización de la fractura en materiales cerámicos. Los resultados experimentales, para una circonia parcialmente estabilizada con un 8.5% molar de magnesia y una alúmina de 99.7% de pureza, mostraron que las probetas prefisuradas ensayadas por flexión en tres puntos son las que permiten una mejor determinación de la tenacidad fractura, tanto a temperatura ambiente como a temperaturas elevadas. Para poder conseguir probetas prefisuradas de una forma rápida se ha puesto a punto una técnica recientemente desarrollada, y llamada “puente en compresión” (Bridge Indentation). Esta técnica permite obtener, en pocos minutos, grietas de varios milimetros de longitud, sin necesidad de someter a fatiga el material. Para mejorar la repetitividad del método se realiza un estudio pormenorizado del sistema de prefisuración, determinandose la influencia de las diferentes variables involucradas en la técnica sobre la longitud de grieta obtenida. Ante la dificultad de obtener ensayos de fractura estables en materiales cerámicos se ha puesto a punto una técnica, totalmente original, consistente en controlar una máquina de ensayos servohidraulica usando la señal analógica que envía un sistema de extensometría láser, que mide el CMOD de la probeta. Los ensayos estables obtenidos con esta técnica proporcionan más información (información que de otra forma es imposible obtener) que los ensayos tradicionales de fractura, basados sólo en la medida de la carga máxima o de la longitud de grietas superficiales introducidas con una punta Vickers. Las ramas de descarga después del máximo, y ciclos de descarga y re-carga permiten la determinación de la energía de fractura y de la curva-R. Como ejemplo de las potencialidades del método se estudia el comportamiento en fractura de una circonia itriada (3Y-TZP) a alta temperatura. También se ha realizado un análisis riguroso de la técnica propuesta estudiandose: a) La influencia que la temperatura y el promedio sobre el número de lecturas tiene sobre el error en la medida del CMOD. Se verá que un buen aislamiento térmico y un promediado sobre un número de lecturas adecuado es fundamental para reducir el ruido de la señal y poder controlar la máquina de ensayos. b) El efecto que el paralelismo de las espigas tiene sobre el CMOD medido en tres situaciones: espigas paralelas, convergentes, y divergentes. Se propone una ecuación que explica este efecto en función desplazamiento del punto de carga. c) La linealidad y histeresis del equipo experimental. Los resultados indican que esta última es muy pequeña y despreciable frente a las medidas que estamos realizando. Haciendo pequeñas modificaciones en la configuración del sistema de metrología láser ha sido posible emplearlo como dilatómetro (se ha obtenido la curva dilatométrica de la circónia itriada hasta los 1100 °C), y se ha determinardo el módulo de elasticidad a alta temperatura, a partir del cambio en la pendiente de la curva Fuerza-Desplazamiento. Se propone el método de tracción indirecta para la determinación de la resistencia a tracción a alta temperatura en materiales cerámicos, ya que los métodos de tracción directa presentan serios inconvenientes (mordazas frias y/o problemas de alineación de las probetas). En estos ensayos se configura el sistema de metrología láser para poder medir la deformación transversal (efecto Poisson) tanto a temperatura ambiente y como a alta temperatura. Finalmente, se realiza una observación microscópica de las superficies y perfiles de fractura de los tres materiales ensayados. En este análisis se encuentra que: a) No parece existir una influencia del generador de grieta en la tenacidad medida en probetas prefisuradas. b) Los ligamentos resistentes y la ramificación de la grieta principal son micromecanismos importantes que contribuyen a aumentar la tenacidad de los tres materiales cerámicos estudiados, con independiencia del tamaño de grano del material (desde 32 nm hasta más de 50 µm) y de la existencia de otros micromecanismos de refuerzo como la transformación martensitica debida a partículas tetragonales de circonia

Microestructura y propiedades mecánicas del material masivo superconductor YBCO a 300 Y 77 K.

En este trabajo se realiza una caracterización mecánica y microestructural del material masivo superconductor YBCO. El material ha sido procesado mediante dos técnicas distintas, Top-Seeding Melt Growth (TSMG) y Bridgman, y este estudio profundiza en el efecto de la microestructura, el método de procesado y la temperatura de ensayo en el comportamiento mecánico de material. Con el fin de conseguir un amplio conocimiento de sus propiedades mecánicas se han realizado ensayos de resistencia a flexión, tenacidad de fractura y dureza Vickers a 300 y 77 K. Asimismo, se llevaron a cabo ensayos de nanoindentación y el tamaño crítico del defecto semielíptico. Los resultados obtenidos muestran que el comportamiento mecánico de los dos materiales está controlado por defectos y grietas, introducidas durante el procesado. También se ha encontrado un buen acuerdo entre el tamaño del defecto critico detectado experimentalmente con los valores obtenidos mediante de análisis de mecánica de fractura

Comportamiento mecánico de materiales masivos superconductores de segunda generación en función de la temperatura

En este trabajo se han analizado dos materiales masivos superconductores de base YBaCuO, con el objetivo de analizar la influencia del método de procesado (método de Bridgman y método Top-Seeding melt growth) y de la temperatura de ensayo en su comportamiento mecánico. Ambos materiales se ensayaron a temperatura ambiente (300 K) y a baja temperatura (77 K), realizándose ensayos rotura y de tenacidad de fractura en flexión en tres puntos. Además, en uno de los materiales, que presentaba anisotropía microestructural, se realizaron ensayos en las dos direcciones microestructuralmente más relevantes. Los resultados obtenidos muestran que el comportamiento mecánico del material está controlado por los defectos y grietas introducidas durante el procesado y, por lo tanto, si se quiere mejorar las propiedades, debería reducirse la cantidad y el tamaño de estas imperfeccione

New cementitious materials based on alkali-activated fly ash: performance at high temperatures

This paper reports on a comparative study of the mechanical performance at different temperatures of a commercial Portland cement, used as a control, and a new cementitious material made from an 8M-NaOH activated fly ash and containing no OPC. Two types of mechanical tests were conducted: (i) high temperature mechanical tests, to determine the strength and fracture toughness of the two materials between 251 and 6001C, and (ii) post-thermal treatment tests, to evaluate the residual strength after 1 h of exposure to different temperatures (2001, 4001, 6001, 8001, and 10001C). In both cases, the results showed that the new cementitious material performed significantly better at high temperatures than the Portland cement control. Differential thermogravimetry (DTG)/TG, Fourier transform infrared (FTIR), and X-ray diffraction analyses were also conducted to analyze the mineralogical and microstructural variations taking place in the material as a result of high temperature exposure. The results of these tests were correlated with the mechanical behaviour observed

Comportamiento mecánico a altas temperaturas de cementos de ceniza volante activados alcalinamente

En este trabajo se realiza un estudio comparativo del comportamiento mecánico, en función de la temperatura, entre un cemento Portland comercial, utilizado de referencia y dos nuevos materiales cementantes. Los ensayos realizados se han centrado en muestras de cemento portland , muestras de cenizas volantes activadas con un 100% de silicato sódico y muestras con un 70% de ceniza y un 30% de cemento activadas con un activador en estado sólido.Se realizaron dos tipos de ensayos: 1) post tratamiento térmico, donde se evaluó la resistencia mecánica residual tras una hora de exposición térmica a diferentes temperaturas, y 2) ensayos mecánicos a altas temperaturas , donde se determino el comportamiento mecánico y la tenacidad a la fractura a distintas temperaturas. Técnicas de Rayos X y microscopía electrónica de barrido han sido utilizadas para analizar las variaciones microestructurales en los materiales, como consecuencia de la exposición a altas temperaturas

Mechanical Characterization of Tungsten-Titanium-Lanthana alloy: Influence of Temperature and Atmosphere

The target is to evaluate the mechanical behavior of Ti and La2O3 dispersed W alloy, processed by HIP and compare it with a reference pure-W. Tests were performed in both oxidant (air) and inert (vacuum) atmosphere in a temperature range from -196 to 1200 °C

Mejorando el aprendizaje y la evaluación en e-learning usando recursos multimedia

Para mejorar los procesos de enseñanza, aprendizaje y evaluación a través de los sistemas de e-learning, proponemos la creación de nuevas actividades educativas basadas en el uso de recursos multimedia como el screencast. En este artículo explicaremos como el uso de estos recursos multimedia ha mejorado los procesos de aprendizaje y evaluación en el curso online "Seminarios Internaciones de Ciencia de Materiales I" que forman parte del proyecto ADA-Madrid. Nuestro propósito es estimular la creatividad, motivación y dinamismo del proceso de aprendizaje tanto para los profesores como para alumnos

Mechanical Degradation of Tungsten Alloys at Extreme Temperatures in Vacuum and Oxidation Atmospheres

Mechanical degradation of tungsten alloys at extreme temperatures in vacuum and oxidation atmospheres

Using lecture recordings to support curriculum changes in the European convergence process

The aim of this paper is to present the experience of using lecture recordings to support curriculum changes within the framework of the European convergence process, mainly courses that need to be promoted or discontinued. We will explain an integrated solution for recording lectures consisting of a web portal, a videoconferencing tool and an economical and easily transportable kit. The validation process was performed recording three different courses at the Universidad Politécnica of Madrid (UPM) and using different diffusion channels, such as Moodle, an open source web portal called GlobalPlaza that supports streaming and recordings and the YouTube UPM channel. To assess the efficiency of our solution, a formal evaluation was conducted and will be also presented in this paper. The results show that lecture recordings allow teachers to support discontinued and new courses and enable students from remote areas to participate in international educational programmes, also the resulting recordings will be used as learning objects for future virtual courses

Thermal and mechanical properties of W/Cu composite materials for ITER heat sink applications

One of the main challenges in the development of a fusion power plant is the adequate selection of the materials that will withstand the extreme conditions of temperature, load and radiation. Among those issues, the control of the heat removal by the divertor is critical, hence the highest heat load inside the reactor will be found in it. For this purpose, one solution proposed is a novel optimized water-cooled monoblock divertor consisting of W as plasma facing material and W/Cu composites as the baseline heat sink material. The attraction of these metal matrix composites in fusion applications is twofold: the W matrix provides the necessary strength of the composite at high temperatures, while Cu provides the required high thermal conductivity for efficient heat removal in the cooling system. In this context, the goal of this study is the characterization of W-Cu composite materials produced by means of liquid Cu infiltration of open porous W preforms. In order to achieve it, a new experimental device was set up to test the composites under high vacuum atmosphere while in the temperature range between 273 K and 1073 K. Tensile and fracture tests in three point bending configuration have been conducted in this temperature range and atmosphere. Additionally, micromechanical and physical characterization was also performed by means of micro and nanoindentation and High Temperature X-Ray Diffraction respectively