Módulos de elasticidad y coeficiente de Poisson de materiales cerámicos típicos

Las tablas siguientes muestran los valores de módulo de Young (módulos de elasticidad) y coeficiente de Poisson a temperatura ambiente para materiales cerámicos y semiconductores utilizados en ingeniería. Las propiedades de estos materiales están expresados en valores promedios o en rangos que pueden variar significativamente dependiendo del proceso y de la calidad del material. Los valores exactos pueden ser medidos utilizando los Sistemas Sonelastic® de ensayo no destructivo a temperatura ambiente así como a bajas y altas temperaturas.

Materiales cerámicos y semiconductores

Material Módulos de elasticidad Coeficiente de Poisson
GPa 106 psi
Cerámicas y materiales semiconductores
Óxido de aluminio (Al2O3) 99.9%: 380 55 0.22
Óxido de aluminio (Al2O3) 96%: 303 44 0.21
Óxido de aluminio (Al2O3) 90%: 275 40 0.22
Zirconio (3 mol % Y2O3): 205 30 0.31
Carburo de silicio (sinterizado): 207-483 30-70 0.16
Carburo de silicio (comprimido a alta temp.): 207-483 30-70 0.17
Sílice, fundida: 73 10.6 0.17
Silicio, mono cristalino (100): 129 18.7 0.28
Silicio, mono cristalino (110): 168 24.4 -
Silicio, mono cristalino (111): 187 27.1 0.36
Nitruro de silicio (reaction bonded): 304 44.1 0.22
Nitruro de silicio (comprimido a presión): 304 44.1 0.30
Nitruro de silicio (sinterizado): 304 44.1 0.28
Diamante (natural): 700-1200 102-174 0.10-0.30
Diamante (sintético): 800-925 116-134 0.20
Valores sólo para referencia. Para valores exactos, caracterice el material utilizando los Sistemas Sonelastic®.

Principales aplicaciones:
- Alúmina y Zirconio: cerámicas, refractarios, abrasivos y componentes resistentes a la abrasión y a ataques químicos.
- Carburo de silicio: materiales refractarios y abrasivos (piedras de esmeril y papel de lija).
- Sílice: materiales de construcción, refractarios, abrasivos y fabricación de vidrio.
- Silicio, monocristal: semiconductores electrónicos.
- Nitruro de silicio: cerámicas avanzadas de alta resistencia y estabilidad.
- Diamante: dispositivos de corte abrasivo, componentes ópticos y electrónicos.

Los defectos y la microestructura de la cerámica son determinantes para calcular los módulos de Young (módulos de elasticidad), coeficiente de Poisson y amortiguamiento (fricción interna). A medida que los defectos aumentan, el módulo de Young (módulo de elasticidad) y el coeficiente de Poisson decrecen mientras que el amortiguamiento aumenta.

Los módulos de elasticidad (módulo de Young, módulo cizallamiento y coeficiente de Poisson) y el amortiguamiento de materiales policristalinos pueden ser determinados con precisión por los Sistemas Sonelastic® de ensayos no destructivos a temperatura ambiente y también a bajas y altas temperaturas. Las caracterizaciones de los módulos elásticos y el amortiguamiento son también empleadas en la concepción e nuevas variaciones de estos materiales.

Vidrios

Material Módulos de elasticidad Coeficiente de Poisson
GPa 106 psi
Glass
Borosilicato (Pyrex): 70 10.1 0.20
Soda-lime: 69 10 0.23
Cerámica de vidrio (Pyrocerámica): 120 17.4 0.25
Valores sólo para referencia. Para valores exactos, caracterice el material utilizando los Sistemas Sonelastic® .

Principales aplicaciones
- Borosilicato (Pyrex): cristalería para laboratorios; resistente al choque térmico.
- Soda-cal: contenedores domésticos; temperatura de fusión baja.
- Vidrio cerámico (Pyrocerámica): cristalería para el uso en hornos; alta resistencia al choque térmico.

Los módulos elásticos (módulo de Young, modulo de cizallamiento y coeficiente de Poisson) y el amortiguamiento pueden ser caracterizada con precisión con los Sistemas Sonelastic® de ensayo no destructivo a temperatura ambiente, así como a altas y bajas temperaturas. Las caracterizaciones de los módulos elásticos y el amortiguamiento son también empleados en la concepción de nuevos variaciones a partir de esos materiales.

Concretos y refractários.

Material Módulos de elasticidad Coeficiente de Poisson
GPa 106 psi
Concretos, hormigones refractarios y refractarios
Concreto para construcción: 25.4-36.6 3.7-5.3 0.20
Materiales refractarios de alta alúmina: 100-150 14.7-21.8 0.20
MgO-C Refractario: 40-70 5.8-10.2 0.05-0.15
Arcilla refractaria: 30-50 4.4-7.3 4.4-7.3
Refractario de carburo de silicio: 30-50 4.4-7.3 0.10-0.20
Mullita refractaria: 15-25 2.2-3.6 0.05-0.15
Valores sólo para referencia. Para valores exactos, caracterice el material utilizando los Sistemas Sonelastic® .

Los valores mostrados para los materiales refractarios son sólo para referencia. El módulo de Young (módulo de elasticidad) y el coeficiente de Poisson de materiales con microestructura gruesa, depende de la ingeniería de la microestructura. El daño por choque térmico es también crucial; el daño provoca que los módulos de elasticidad y el coeficiente de Poisson disminuyan mientras que el amortecimiento aumenta.

Los módulos elásticos (módulos de Young, de cizallamiento y coeficiente de Poisson) y amortiguamiento de concretos y materiales pueden ser caracterizados con precisión utilizando los Sistemas Sonelastic® de ensayo no destructivo tanto a temperatura ambiente como a altas y bajas temperaturas. Estas propiedades son también muy utilizadas en la evaluación de daño por choque térmico.

El conocimiento de los valores exactos es vital para la optimización del uso de cada material y para la aumentar la confiabilidad de las simulaciones mediante elementos finitos. Las caracterizaciones de los módulos elásticos y el amortiguamiento son también empleadas en la ingeniería de nuevas variaciones de estes materiales.


Referencias

Pereira, A.H.A. ; Venet, M. ; Tonnesen, T. ; Rodrigues, J.A. . Desenvolvimento de um equipamento para a caracterização não-destrutiva dos módulos elásticos de materiais cerâmicos em geral. Cerâmica (São Paulo. Impresso), v. 56, p. 118-122, 2010.

ASM Handbooks, Volumens 1 and 2, Engineered Materials Handbook, Volumen 1 and 4, Metals Handbook: Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Pure Metals, Vol. 2, 9th edition, e Advance Materials e Processes, Vol. 146, No.4, ASM International, Materials Park, OH; Modern Plastic Encyclopedia´96,


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