Cimenturi aluminoase cu aplicații mecanice

1. Introducere

Ceramica din oxid de aluminiu constituie un domeniu important al ceramicii oxidice. Iniţial, au fost considerate produse din oxizi ceramici piesele sinterizate cu duritate şi rezistenţă ridicată faţă de coroziune obţinute din oxizi puri Al2O3, BeO, MgO şi lipsite de faza vitroasă. În prezent aparţin ceramicii oxidice feritele şi titanaţii datorită caracteristicilor lor electrice şi magnetice bune. Ceramica oxidică se obţine din oxizii metalici şi combinaţiile acestora prin metode ceramice de fabricaţie (turnare din barbotină, presare uscată sau extrudare) sau prin metodele similare metalurgiei pulberilor (presare izostatică, turnare sub presiune,sinterizare sub presiune). Produsele ceramice din oxid de aluminiu prezintă caracteristici fizice şi chimice remarcabile determinate atât de compoziţia şi structura fazelor prezente cât şi demărimea, forma şi distribuţia în masă a granulelor lor, ceea ce constituie textura corpului ceramic. Distribuţia fazelor în materialele ceramice polifazice şi policristaline este cel mai complex dinte parametrii microstructurali.

2. Caracteristicile mecanice ale ceramicilor aluminoase

Caracteristica mecanică cea mai obişnuită a ceramicilor este fragilitatea lor. Ceramica din oxid de aluminiu este cuprinsă în categoria ”fragilă” în clasificarea ceramicilor după mobilitatea dislocaţiilor, care apar la solicitările mecanice. Ceramicile fragile se deformează elastic până la o anumită tensiune limită după care se rup brusc. Caracteristicile mecanice ale ceramicii din oxid de aluminiu la diferite temperaturi sunt date prin indicii limitelor de rezistenţă la compresiune, tracţiune, încovoiere prin modulul de elasticitate şi de forfecare , fluajul la temperaturi înalte, frecarea internă, duritate şi rezistenţă la abraziune, rezistenţă la şoc termic.

2.1. Rezistenţa la rupere

Rezistenţa la rupere a ceramicii din oxid de aluminiu este influenţată de numeroşi

factori dintre care amintim :

1 - dimensiunile granulelor. Descreşterea mărimii granulelor duce la creşterea

rezistenţei la rupere a ceramicii aluminoase. Fisurile şi dislocaţiile sunt întrerupte la limita

dintre grăunte, astfel aproprierea limitelor duce la ridicarea rezistenţei la rupere.

2 – porozitatea. Rezistenţa la rupere a corpurilor solide scade exponenţial cu

creşterea fracţiei de volum a porilor.

3 – materiile prime şi compoziţia fazală. Un rol important în determinarea practică a rezistenţei la rupere a materialelor ceramice aluminoase îl reprezintă materiile prime şi compoziţia fazală. Astfel, natura aluminei calcinate şi temperatura de calcinare a acesteia influenţează puternic rezistenţa la compresiune a aluminei sintetizate. Rezistenţa la compresiune creşte, de asemenea , cu temperatura de sinterizare a produselor. Valorile rezistenţei la rupere a ceramicii aluminoase scad cu scăderea conţinutului de oxid de aluminiu din compoziţie şi cu creşterea conţinutului de fază sticloasă.

4 – temperatura. Rezistenţa la rupere a ceramicii din oxid de aluminiu scade cu creşterea temperaturii, deoarece mobilitatea dislocaţiilor creşte cu creşterea temperaturii.

2.2. Rezilienţa

Rezilienţa redusă a materialelor fragile limitează utilizarea lor în condiţii de impact. Factorii care afectează rezilierea ceramicii din oxid de aluminiu sunt :

◊microtensiunile interne ,

◊porozitatea interacţiunea cu mediul înconjurător,

◊ defectele de suprafaţă.

2.3. Fluajul ceramicii din oxid de aluminiu

1. Deformaţia plastică la temperaturi înalte (fluajul)

Sub acţiunea unor forţe mecanice exterioare ceramicile din oxizi policristalini se

deformează prin diferite mecanisme:

a – alunecarea dislocaţiilor pe plane cristalografice de mare densitate

b – ascensiunea dislocaţiilor.

2. Deformarea plastică a monocristalului de oxid de aluminiu

Deformarea plastică a monocristalului de oxid de aluminiu se produce prin alunecarea dislocaţiilor şi răsucirea romboedrică.