E2 Microestructura: Tamaño de Grano y Porosidad

Tópico

La porosidad y el tamaño de grano son los dos parámetros de estado microestructural que describe este modelo, y ambos determinan, cada uno por su lado, el módulo elástico y la resistencia mecánica del cerámico: la pareja de propiedades mecánicas que caracteriza en detalle otro modelo de este conjunto. Que estos dos parámetros determinen esa misma pareja de propiedades mecánicas, aunque nazcan de aspectos distintos de la microestructura, hace que deban desarrollarse por separado antes de reunir sus efectos. Desarrollamos primero la porosidad.

Los datos de porosidad que usa este modelo provienen de otro modelo de este conjunto, el que describe la porosimetría y la densidad del cerámico. Que ese modelo mida experimentalmente la porosidad total del material hace que esa porosidad total pueda descomponerse, a su vez, en dos componentes: la porosidad abierta, formada por poros conectados entre sí y con la superficie exterior de la pieza, y la porosidad cerrada, formada por poros aislados en el interior del material. Que la porosidad total sea la suma de estos dos componentes hace que cualquier cambio en uno de ellos se refleje directamente en la porosidad total.

Esa misma porosidad total tiene, además, un complemento: la densidad relativa del cerámico. Que la porosidad total sea mayor hace que la densidad relativa sea menor, porque una fracción mayor del volumen de la pieza queda ocupada por poros en lugar de por material sólido; que la porosidad total sea menor, hace que la densidad relativa sea mayor.

Que la porosidad total sea mayor hace, a su vez, que el módulo elástico y la resistencia mecánica del cerámico sean menores: los poros interrumpen la continuidad del material sólido, reducen la sección efectiva que soporta la carga y concentran tensiones a su alrededor, de modo que cuanta más porosidad total tiene la pieza, menos rígida y menos resistente resulta. Pasamos ahora al segundo parámetro de este modelo, el tamaño de grano.

El tamaño de grano de este cerámico se mide con el mismo método de intercepción lineal que ya emplea, para el mismo propósito, el modelo de metalurgia sobre tamaño de grano: se cuenta cuántos bordes de grano cruza una línea de longitud conocida trazada sobre la microestructura, y de esa cantidad se obtiene el tamaño medio de grano. Que este modelo reutilice ese mismo método hace que el tamaño de grano del cerámico se mida de forma comparable a como se mide en un metal.

Que el tamaño de grano sea menor hace que el módulo elástico y la resistencia mecánica del cerámico sean mayores: los bordes de grano, más numerosos cuando el grano es más fino, actúan como obstáculos que dificultan el avance de una grieta a través del material; que el tamaño de grano sea mayor, hace que esos obstáculos sean menos numerosos, y que el módulo elástico y la resistencia mecánica resulten menores.

Por eso este modelo, con la porosidad y el tamaño de grano con los que se abrió, hace que ambos parámetros microestructurales alimenten a otro modelo de este conjunto, el que describe en detalle el módulo elástico y la resistencia mecánica del cerámico: lo que la porosidad total y el tamaño de grano determinan aquí, cada uno por su lado, es precisamente lo que ese otro modelo desarrolla a partir de ambos.

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