Materiales cerámicos tenaces a base de ZrO2: microestructura y propiedades mecánicas

BOLSOC.ESP.CERAM.VIDR. 30 (1991) 3, 157-164 Re isión Ma e iales ce ámicos enaces a base de Z 02: Mic oes uc u a y p opiedades mecánicas M. JIMENEZ MELENDO, A. DOMÍNGUEZ RODRIGUEZ Dp o. de Física de la Ma e ia Condensada, Ins i u o de Ciencia de Ma e iales. Ap do. 1065. 41080 SEVILLA RESUMEN.—Ma e iales ce ámicos enaces a base de Z 02: Mic oes uc u a y p opiedades mecánicas. El desa ollo de los ma e iales ce ámicos es uc u ales es á pe mi iendo disminui la agilidad inhe en e á los ma e iales ce ámicos. En los compues os enaces a base de Z 02, se ap o echa la ans o mación ma ensí ica e agonal -^ monoclínica como mecanismo de aumen o de la esis encia del ma e ial a la p opagación de isu as (compo amien o de cu a-R). El obje i o es diseña mi- c oes uc u as con ase e agonal me aes able capaces de nuclea la ans o mación ma ensí ica bajo la acción de un campo de ensiones ex e no, e i ando al mismo iem- po la ans o mación asis ida é micamen e. El amaño de las pa ículas e agonales de Z 02 juega el papel más impo an e en es e mecanismo de aumen o de enacidad. En es e abajo se e isan las ca ac e ís icas mic oes uc- u ales de es e ipo de ma e iales, y su in luencia sob e las p opiedades mecánicas. ABSTRACT.—Z Oj ough ce amics: mic os uc u e and mechanical p ope ies. The de elopmen o new ce amics componen s has allowed dec ease he b i leness associa e o he adi ional ce amic ma e ials. In Z 02-con aining ce amics, he ma ensi ic e agonal o monoclinic phase ans o ma- ion is he mechanism con olling he « esis ence-cu e» beha io , whe ein he c ack esis ence inc eases du ing he cou se o c ack p opaga ion. The e agonal pa icles size play an impo an ole in he mechanical p ope ies o such ans o ma ion oughened ce amics. The goal is o design mic os uc u es wi h me as able e agonal Z 02 pa icles, which ans o m o monoclinic in he p esence o a s ess ield. The mic oes uc u al aspec s and mechanical p ope ies o hese ce amic ma e ials a e e iewed in his wo k. 1. INTRODUCCIÓN Jun o a sus aplicaciones adicionales, los ma e iales ce- ámicos es án siendo ampliamen e u ilizados en la ac uali- dad en campos muy di e sos, debido a sus buenas p opie- dades: es abilidad dimensional y química, du eza, esis encia a la co osión/e osión, compa ibilidad biológica, anspa en- cia, dis in as ca ac e ís icas eléc icas y magné icas, e c. Es as p opiedades de i an de sus enlaces químicos, de ipo iónico- co alen e, ue es y di eccionales. Además, las especies quí- micas que cons i uyen es os ma e iales son de los más abun- dan es en la na u aleza, lo que hace muy compe i i a a es a clase de ma e iales, al menos en el aspec o de ma e ias p i- mas necesa ias pa a su ab icación. Sin emba go, la na u aleza de los enlaces químicos con- ie e a los ma e iales ce ámicos una desa o unada p opie- dad, que a la ez es su p incipal ca ac e ís ica: la agilidad. Aunque pueden sopo a al as ensiones sin de o ma se plás- icamen e, se ompen cuando se alcanza una ensión c í ica (la ensión de ac u a o^, po la p opagación ca as ó ica de isu as. En un ma e ial ágil, la ue za mo iz pa a la p opagación de una isu a de longi ud inicial c iene dada po la ecuación de G i i h: Ki = Ya C' [1] Recibido el 14-12-90 y acep ado el 30-1-91. MAYO-JUNIO, 1991 donde K, es el ac o de in ensidad de ensiones aplicado, G el campo de ensiones ex e no e Y una cons an e adimen- sional p óxima a la unidad, y cuyo alo exac o depende de la geome ía de la isu a. Pa a la ensión de ac u a o^, la isu a se p opaga de o ma ca as ó ica, eniéndose: KT =Ya.c'' [2] donde Kic es el ac o de in ensidad de ensiones c í ico, que co esponde a la enacidad de ac u a del ma e ial. Di e en es impe ecciones en la es uc u a del ma e ial si - en de pun os de iniciación a es as isu as, bien o iginados du an e su ab icación y p ocesado (p ecipi ados, de ec os pun uales, on e as de g ano, po os, e c.), bien desa olla- dos du an e su u ilización (con ac os mecánicos, deg adación a al a empe a u a). La g an sensibilidad a la mic oes uc u- a de los ma e iales ce ámicos con as a con la de los me a- les, que pueden sopo a isu as mac oscópicas an es de ac- u a se. La agilidad de los ce ámicos ha limi ado su u ilización en aplicaciones de al o iesgo, en a o de los me- ales y aleaciones me álicas. Dos soluciones di e en es es án pe mi iendo disminui la agiligad (y mejo a , en gene al, el compo amien o mecá- nico) de los ce ámicos. L La iden i icación de los de ec os que o iginan las isu- as, y su eliminación median e el pe eccionamien o y desa- 157 M. JIMENEZ MELENDO, A. DOMÍNGUEZ RODRIGUEZ ollo de nue as écnicas de ab icación y p ocesado. Es a solución ha enido un éxi o ela i o, debido al pequeño a- maño de los de ec os de in e és (no malmen e < 1 /im), lo que di icul a su de ección. IL El diseño de mic oes uc u as que sean capaces de aumen a la esis encia a la ac u a del ma e ial. Es a idea ha pe mi ido, en la úl ima década, desa olla ma e iales e- naces, capaces de aumen a la ole ancia del ma e ial a la p esencia de de ec os en su mic oes uc u a. Es e ipo de ma- e iales o man pa e de los denominados «ma e iales ce á- micos es uc u ales», diseñados pa a sa is ace y/o mejo a una p opiedad ísica de e minada. Se pueden dis ingui undamen almen e dos clases de ma- e iales ce ámicos enaces: los compues os a base de Z 02 (ZTC: zi conia- oughened ce amics) y los ma e iales com- pues os (composi es). En el p ime caso, se ap o echa la ans o mación e agonal -^ monoclínica de pa ículas de Z 02 pa a aumen a la enacidad. En el caso de los compo- si es, se e ue za una ma iz ágil median e la adición de e o zan es. Ambos mecanismos c ean una egión de p o ección al e- dedo de la isu a que se es á p opagando, disminuyendo las ensiones espec o de las espe adas a pa i del ac o de in- ensidad de ensiones aplicado (ec. 1). La esis encia a la p o- pagación de la isu a aumen a de o ma pa abólica a medida que és a se p opaga, desde un alo inicial c^, has a que se alcanza el alo c í ico C a pa i del cual la isu a se p o- paga ya de o ma ines able. Es e compo amien o de los ma- e iales ce ámicos enaces se denomina de «cu a esis en- cia a la p opagación de isu as» (cu a-R), y con as a con el de los ma e iales ce ámicos adicionales. En es e a ícu- lo se e isan las ca ac e ís icas de es e nue o ipo de ma e- iales a base de Z 02, y la in luencia de la ans o mación ma ensí ica en sus p opiedades mecánicas. 2. ESTRUCTURA CRISTALINA Y TRANSFORMACIÓN MARTENSÍTICA DEL Z 02 Desde el descub imien o de la ans o mación e agonal -^ monoclínica del Z 02 (1), un g an es ue zo se ha di i- gido al desa ollo de los compues os a base de Z 02, como lo e idencian los dis in os cong esos especí icos (2-4) y mo- nog a ías (5, 6) sob e es a clase de ma e iales. El óxido de ci conio pu o p esen a es polimo ismos, de- pendiendo de la empe a u a. La ase cúbica (Fm3m) es es- able en e la empe a u a de usión (-2.680°C y 2.370°C). Desde es a empe a u a has a LOOO°C, el Z 02 es e ago- nal (P42/nmc). Y po debajo de es a empe a u a iene si- me ía monoclínica (P2,/c). El Z 02 se puede es abiliza a empe a u a ambien e en las ases cúbica y e agonal median e la adición de di e sos óxidos, p incipalmen e MgO, CaO, Y2O3 y Ce02. La ase es abilizada depende de la concen ación de dopan e y del a amien o é mico del ma e ial. La igu a 1 mues a la pa e ica en Z 02 de los diag amas de ase de los sis enas Z 02-MgO y Z 02-Y203. Se pueden dis ingui es zonas, que pe mi en clasi ica el ma e ial esul an e: L Z 02 o almen e es abilizado en la ase cúbica (FSZ: 158 ully-s abilized Z 02), ob enido pa a adiciones ele adas de es abilizan e. Ha sido ampliamen e in es igado debido a su uso ex ensi o en joye ía (especialmen e el sis ema Z 02- Y2O3), pe mi iendo ob ene monoc is ales de g an amaño y pe ección c is alina. También encuen a aplicación como senso es de oxígeno y p oducción de hid ógeno, debido a su al a conduc i idad iónica. IL Z 02 pa cialmen e es abilizado (PSZ: pa ially- s abilized Z 02), ob enido pa a concen aciones meno es de dopan e po sin e ización en la zona (cúbico-h e agonal) ( ig. 1) y emplado a empe a u a ambien e. Cons a p inci- palmen e de una ma iz cúbica con pa ículas e agonales p ecipi adas ( ig. 2a), cohe en es con la ma iz. IIL Z 02 e agonal (TZP: e agonal zi conia polyc ys- als), ob enido pa a concen aciones pequeñas de dopan e ( ig. 1). Es un ma e ial mono ásico polic is alino ( ig. 2b), de g ano muy pequeño (< 1 ¡xm). O 10 20 % mol MgO 5 10 % mol Y2O3 Fig. .—Diag amas de ase de los sis emas Z 02-MgO y Z 02-Y20j (c= ase cúbica, = e agonal, m=monoclínica). Jun o a es os ma e iales, pa ículas de Z 02 e agonal pueden añadi se como ase dispe sa a una ma iz ce ámica (AI2O3, 3AI2O3 • 2SÍO2, e c.) (7, 8) pa a aumen a la ena- cidad de la misma. Es os ma e iales se denominan en gene- al como «ma e iales compues os de Z 02 dispe sa» (ZDC: zi conia-dispe sed ce amics), y en pa icula con el nomb e de la ma iz (ZTA: zi conia- oughened alumina, e c.) Es os compues os, PSZ, TZP Y ZDC, cons i uyen unda- men almen e la amilia de ma e iales ce ámicos enaces a base de Z 02, ya que disponen de ase e agonal me aes able suscep ible de su i la ans o mación ma ensí ica a la ase monoclínica. Es a es una ans o mación de p ime o den po mo imien o co po a i o de los iones del c is al (adi u- sional), acompañada de un aumen o de olumen AV de ^4% (9). La igu a 3 mues a un ejemplo de es a ans o - mación y de su po encial aplicación: el cie e de una isu a. El campo de ensiones en la pun a de la isu a (que se p o- paga desde el é ice supe io de echo de la o og a ía hacia el é ice opues o) induce la ans o mación del p ecipi ado e agonal (zona ayada oblicua) a la ase monoclínica (zona ayada e ical). El aumen o de olumen asociado a es a ans o mación desa olla ue zas de comp esión sob e las supe icies lib es de la isu a, de eniendo su a ance y aumen- ando, po an o, la enacidad del ma e ial. BOL.SOC.ESP.CERAM.VIDR. VOL. 30 - NUM. 3 Ma e iales ce ámicos enaces a base de Z 02 AKig"'=AeiV Eh'«/(l-i,) [3] Fig. 2.—a) P ecipi ados e agonales en una ma iz cúbica, monoc is al de Z 02 dopado con 3,5 mol% de Y2O3 (Y-PSZ). b) Polic is al e agonal de Z 02-2 mol% Y20^ (Y-TZP). las lechas indican ases i eas en pun- os iples. La máxima enacidad AKJ^^'' se alcanza cuando la isu a ha pene ado comple amen e en la zona ans o mada. En el modelo más simple (10), es e máximo se iene pa a Ac/h >5, siendo h la anchu a de la zona ans o mada ( ig. 4), y ale (11): Fig. 3 .—T ans o mación ma ensí ica ( enaz) de un p ecipi ado e agonal a la ase monoclínica po la acción del campo de ensiones en la pun a de una isu a. Monoc is al de Z 02-3,5 mol% de Y20^. MAYO-JUNIO, 1991 siendo A=0,22, e¡ (eii + e22 + e33=AV) las componen es de dila ación del enso de de o mación de la ans o mación, V la acción olumé ica de las pa ículas ans o madas en la zona de ans o mación, y E y u el módulo de Young y el coe icien e de Poisson del compues o bi ásico. El ac- o numé ico A de la ec. 2 aumen a has a 0,38 si se conside- an ambién los e ec os de cizalladu a de la ans o mación (6, 12). AK max IC ZONA EXTENDIDA ZONA TRANSFORMADA isu a Fig. 4.—Dibujo esquemá ico de la cu a de esis encia a la p opagación de isu as en un ma e ial ce ámico enaz (cu a-R) y o ma de la zona de ans o mación asociada. El alo asin ó ico de la enacidad es AKj ^ (ec. 3). (De e . 11). La igu a 4 mues a las di e en es e apas de p opagación de la isu a en la zona de ans o mación. La isu a, de a- maño inicial Co, comienza a c ece de o ma es able cuan- do el ac o de in ensidad de ensiones aplicado K, alcanza el alo de la enacidad de ac u a de la ma iz ágil K,^ ( alo de G i i h, ec. 2 pa a c=Co). Pa a que la isu a con- inúe c eciendo es necesa io que la ensión aplicada aumen- e, ya que la esis encia del ma e ial aumen a con la dis an- cia de p opagación de la isu a. La ac u a ca as ó ica ocu e cuando Ki se hace angen e a la cu a-R ( ig. 5); a pa i de es e pun o, la isu a, que ha c ecido en AC se p o- paga ya de o ma ines able. La condición de ac u a es, pues: Kic=Ki^+AKic (Ac) [4] donde AKic (Ac) es el aumen o de esis encia a la p opaga- ción de la isu a a pa i del momen o en que és a se p opa- ga de o ma es able ( ig. 5). En los ma e iales ce ámicos con espues a de cu a-R, la ensión a la cual ocu e el allo no iene con olada únicamen e po la enacidad del ma e ial, sino que es la o ma exac a de la cu a-R, AKjc (Ac), y el amaño de isu a inicial Co las que de e minan la ensión de ac u a (13). 159 M. JIMENEZ MELENDO, A. DOMÍNGUEZ RODRIGUEZ O Q < O _J < < 9 (/) z UJ O Q < LL_ o Û < O < ÜJ LONGITUD FISURA C Fig. 5.—Cu a-R de con ol de la ac u a en un ma e ial ce ámico enaz. La isu a de amaño inicial c^ se p opaga de o ma es able cuando el ac- o de in ensidad de ensiones aplicado Kj iguala a la enacidad de la ma- iz, KYQ La enacidad del ma e ial aumen a has a el pun o de angencia en e la cu a-R y el ac o de in ensidad K¡; a pa i de es e pun o, la i- su a se p opaga de o ma ines able, ac u ándose el ma e ial. 3. MORFOLOGÍA DE LOS PRECIPITADOS TETRAGONALES La mo ología de las pa ículas e agonales depende del óxido es abilizan e. En el PSZ dopado con CaO (Ca-PSZ), los p ecipi ados ienen o ma de cubos i egula es, con los ejes <001> e agonales pa alelos a los ejes <001> de la ma iz cúbica ( ig. 6a); los planos de macla son del ipo {101 ). En el Mg-PSZ, los p ecipi ados son elipsoides, am- bién con sus ejes c*" pa alelos a los ejes <001> cúbicos ( ig. 6b); los planos de macla son del ipo {001 ). El Y-PSZ mues a una mo ología o almen e di e en e a los an e io- es compues os. Los p ecipi ados, en o ma de discos ( ig. 2), ienen sus ejes "^pa alelos a los ejes <001 > cúbi- cos; p ecipi ados con ejes c^pe pendicula es se ag upan al- e na i amen e, con planos de macla del ipo (110), o man- do colonias a lo la go de di ecciones < 110> de la ma iz ( ig. 6c), que a su ez se unen en e sí o mando ib as de a ias mie as de longi ud en di ecciones <001> cúbicas (14,15). La di e encia en las mo ologías de los es sis emas PSZ puede se debida a la di e encia en la o ien ación de los pla- nos de macla en los p ime os es ados de la p ecipi ación (16). La aplicación de la eo ía gene al de Kha cha u yan (17) no pe mi e p edeci la o ma de los p ecipi ados (excep uando el caso de Mg-PSZ), debido p incipalmen e al hecho de no conoce las ene gías de in e ca a (16). 4. ESTABILIDAD DE LOS PRECIPITADOS TETRAGONALES Ya se ha indicado que, pa a consegui un aumen o de e- nacidad, el ma e ial debe con ene pa ículas e agonales sus- 160 Fig. 6.—Mo ología de los p ecipi ados e agonales en los sis emas Z 02-MgO (a), Z 02-CaO (b) y Z 02-Y20j (c). Los p ime os es ados de p ecipi ación pa a el Z 02-Y20^ se mues an en la igu a 2. BOL.SOC.ESP.CERAM.VIDR. YOL. 30 - NUM. 3 Ma e iales ce ámicos enaces a base de Z 02 cep ibles de ans o ma se en monoclínicas. La es abilidad de es a ase e agonal es la que de e mina la ensión nece- sa ia pa a inicia la ans o mación y, en consecuencia, la enacidad esul an e. Si To es la empe a u a de equilib io e modinámico de las dos ases pa a una concen ación de dopan e dada ( ig. 1), se necesi a un sob een iamien o del sis ema a la empe a u- a Mj, ( empe a u a de inicio de la ans o mación di ec a) pa a nuclea la ans o mación ma ensí ica, a in de supe- a las ene gías elás icas asociadas al p oceso; la ans o - mación se comple a a la empe a u a M ( empe a u a inal di ec a). La ene gía de de o mación ex e na AU necesa ia pa a nuclea la ans o mación iene dada po (18, 19): AU = aj6Í=(T-M,)AS [5] donde al es la ensión c í ica de ans o mación aplicada ex- e namen e y AS el cambio de en opía asociado a la ans- o mación. El alo de M^ depende de la concen ación de dopan e pa a un sis ema; y pa a una concen ación dada, depende muy ue emen e del amaño de las pa ículas e agonales (e ec- o amaño): a medida que el amaño c ece, M^ aumen a. La igu a 7 mues a la a iación de M^ y M con el amaño de los p ecipi ados en el sis ema Z 02-CaO (20). Pa a p eci- pi ados supe io es a 100 nm, M^ supe a a la empe a u a ambien e, y la ans o mación ocu e espon áneamen e (AU es nega i a, ec. 5), inu ilizando al ma e ial pa a su uso pos- e io debido al desa ollo de las isu as o iginadas po el aumen o de olumen de la ase monoclínica. Las empe a- u as inicial y inal A^ y A de la ans o mación in e sa monoclínica e agonal du an e el calen amien o dependen igualnien e del amaño de pa ícula. donde B es un pa áme o de ensión. Es deci , cuan o me- no sea aj, mayo es el adio h de la zona ans o mada, y mayo el aumen o de enacidad del ma e ial. El aumen o de enacidad po ans o mación se puede esc ibi aho a (ees. 3, 5 y 6): AK,c= A B»/2 E/(l- V) (eí)2V K c/(T-M,)AS [7] Po an o, el obje i o es consegui ma e iales con un a- maño de pa ículas dispe sas óp imo al que: (1) su M^ que- de po debajo, pe o p óxima a la empe a u a ambien e, pa- a que no se ans o men espon áneamen e du an e el en iado del ma e ial; y (ii) sean capaces de su i la ans o mación bajo la acción de un campo de ensiones pequeño. Es e obje i o se consigue median e a amien os é micos adecuados (en ejecimien o o ecocido) del ma e ial, de o - ma que el núme o de pa ículas e agonales con el amaño óp imo sea máximo. Si el amaño d es excesi amen e pe- queño (suben ejecimie í o), M^ se á meno que T, pe o la ensión necesa ia pa a que se ans o me se á excesi amen- e al a (ec. 5), sin consegui un aumen o e ec i o de la ena- cidad. Si d es demasiado g ande (sob een ejecimien o), M^ se á mayo que T, y el ma e ial se ans o ma espon ánea- men e (ec. 5), pe diendo sus p opiedades. La máxima enacidad conseguida median e el mecanismo de ans o mación es de 20 MPa • m'''^ en un ma e ial de Z 02 — 9 mol% MgO en ejecido 24 ho as a 1.100°C (6). Es e a amien o desa olla p ecipi ados de — 200 nm de a- maño, con una empe a u a M^ in e io , pe o muy p óxima, a la empe a u a ambien e, lo que p o oca la ans o mación pa a ni eles de ensión an bajos como 300 MPa. 5. PROPIEDADES MECÁNICAS o 1000 ^ 800 o o 00 < in < e Z) Oí lü CL 600 400 [ 200 50, 100 150 200 250 300 TAMAÑO PRECIPITADO (nm) Fig. 1 .—Va iación de las empe a u as de ans o mación di ec a e ago- nal -^ monoclínica inicial y inal (M^, M C in e sa monoclínica e ago- nal inicial y inal (A^, Aß en iínción del amaño de los p ecipi ados e a- gonales en el sis ema Z 02-CaO. (De e i 20). En el caso con a io, cuan o T>M,, se necesi a una en- sión ex e na pa a inicia la ans o mación. El alo de la ensión c í ica aj disminuye cuando T—M^. (ec. 5), y es á elacionado con el adio h de la zona ans o mada a a és de (18, 19): H=B (K^lalY [6] MAYO-JUNIO, 1991 El amaño y la me aes abilidad de las pa ículas e ago- nales en un compues o a base de Z 02 se e leja undamen- almen e en sus p opiedades mecánicas. Es as dependen de la concen ación de dopan e, amaño de los p ecipi ados y a amien o é mico. Los esul ados más sob esalien es e mues an a con inuación. El sis ema más es udiado es el Mg-PSZ, que p esen a el mayo aumen o de enacidad po el mecanismo de ans o - mación. La igu a 8 mues a la a iación de Kic y cT con la composición, medidas a empe a u a ambien e (21). El má- ximo se encuen a pa a la concen ación de = 3 % en peso de MgO, que co esponde a una acción de — 50% de ase e agonal en el ma e ial. A medida que aumen a la concen- ación de dopan e disminuye la empe a u a de inicio de la ans o mación ma ensí ica M^ (18), lo que p o oca una mayo es abilidad de la ase e agonal en e a la ensión ex e na y, en consecuencia, una disminución de la enaci- dad ( ig. 8). Pa a una composición de aleación ija, el compo amien- o mecánico es á con olado po la empe a u a y iempo de en ejecimien o ( ecocido), ya que las pa ículas e agona- les c ecen po p ocesos de di usión. Es os p ecipi ados c e- cen has a un alo óp imo (que co esponde a una M^ p ó- xima a la empe a u a ambien e), pa a el que la enacidad p esen a un máximo ( ig. 9). Cuando las pa ículas supe an es e alo óp imo, su M^ aumen a po encima de la empe- a u a ambien e y la enacidad K,c disminuye ( ig. 9) (22). El mismo compo amien o se ob iene pa a un amaño de pa - ícula dado (Mg ija) al aumen a la empe a u a del ensayo (23). 161 M. JIMENEZ MELENDO, A. DOMÍNGUEZ RODRIGUEZ < ce: o O ID 2 3 4 5 6 CONCENTRACIÓN {% peso MgO) Fig. %.—Dependencia de la enacidad y la ensión de ac u a con ¡a c< cen ación de dopan e pa a Mg—PSZ. (De e . 21.) Z 02 - 9.5 m/o MgO 1 10 100 TIEMPO DE ENVEJECIMIENTO (ho as) Fig. 9 .—Va iación de la enacidad a la ac u a con la empe a u a y iem- po de en ejecimien o en el compues o Z 02-9,5 mol% MgO. (De e . 22.) 2 ho as a 1100 ° C I I 1 ^— Z Oz - 9.5 m/o MgO 1.0 2.0 3.0 4.0 LONGITUD DE FISURA (mm) Fig. 0.—Tenacidad en e a la longi ud de p opagación de isu a pa a Mg- PSZ (9,5 mol%) en ejecido 2 y 8 ho as a 1.100°C. La mues a en ejecida 8 ho as p esen a un compo amien o de cu a-R. (De e . 13.) Cuando los p ecipi ados ienen el amaño idóneo, el c e- cimien o de isu as en el ma e ial es es able du an e los en- sayos ( ig. 10), indicando un compo amien o de cu a-R (13), mien as que el ma e ial sob een ejecido mues a un compo amien o ágil con encional. Es de señala que la 162 esis encia a la p opagación de isu as en es e ma e ial ( ig. 10) con inúa aumen ando incluso as a ios milíme os de p opagación de las mismas, compa able ya al caso de los me ales. Los máximos de K^^ con el iempo de en ejeci- mien o se desplazan con la empe a u a de ecocido ( ig. 9), ya que a 1.400°C el c ecimien o de las pa ículas e agona- les es más ápido, alcanzándose pa a iempos meno es el a- maño óp imo pa a la ans o mación asis ida po ensión. Medidas expe imen ales po espec oscopia Raman de la anchu a de la zona ans o mada h al ededo de la isu a en es os c is ales ( ig. 11) (24) con compo amien o de cu a- R ( ig. 10) han pues o de mani ies o la alidez de la elación K,cah'/2 (ec. 3). Q < Q O < ÜJ 15 12 •./^ 9 6 3 n Z Oz - 9.5 m/o MgO [ 1 — 1 . 1 Fig. 0 1 2 3 4 5 6 RADIO ZONA TRANSFORMADA h'^^ (jjm)'/^ 11 .—Aumen o de la enacidad con la anchu a de la zona de ans o - mación monoclínica pa a Z 02-9,4 mol% MgO. (De e . 24.) El compo amien o del Ca-PSZ es simila al del Mg-PSZ, pe o con alo es máximos de Kic y o^ in e io es. La ena- cidad p esen a un máximo pa a un amaño de p ecipi ado de —100 nm (25), que co esponde a una M^ p óxima, pe o in e io a la empe a u a ambien e ( ig. 7). El sis ema Z 02-Y203 mues a la mayo ensión a la ac- u a den o de los ce ámicos enaces a base de Z 02, alcan- zando un alo supe io a los 2 GPa pa a la concen ación de —4% en peso ( ig. 12) (6). Sin emba go, el mecanismo de ans o mación no es capaz de explica po sí solo los a- 0 2 4 6 8 10 12 CONCENTRACIÓN Y2O3 {% mol) Fig. 2.—Va iación de la enacidad y la ensión de ac u a con la concen- ación de dopan e pa a Z Oi pa cialmen e, es abilizado con YiO^. (De e 6.) BOL.SOC.ESP.CERAM.VIDR. VOL. 30 - NUM. 3 Ma e iales ce ámicos enaces a base de Z 02 lo es expe imen ales de Kjc, ya que a empe a u as supe io- es a la empe a u a de equilib io e modinámico de las a- ses e agonal y monoclínica ( ig. 1), pa a las que no iene luga la ans o mación enaz, Kjc es doble pa a el Y-PSZ espec o del Y-FSZ, que es o almen e cúbico (26). Un com- po amien o simila se ha ob enido pa a la ensión de ac u- a y pa a la mic odu eza (27). Es os esu ados sugie en que la dispe sión de p ecipi ados e agonales en la ma iz limi a ue emen e la plas icidad del ma e ial a al as empe a u as, siendo un mecanismo muy e ec i o de endu ecimien o del ma e ial. Medidas de la ensión de lími e elás ico a al as empe a u- as en unción del iempo de ecocido a 1.600°C en Z 02-4,5 mol% de Y2O3 (15, 28) mues an alo es so p en- den emen e al os, con un máximo de =^550 MPa pa a 150 ho as de en ejecimien o ( ig. 13). El mecanismo de in e ac- ción dislocación-p ecipi ado no es á bien comp endido hoy en día, y es á siendo in es igado (28). Sin emba go, es de esal a la al a es abilidad de los p ecipi ados e agonales en e al en ejecimien o en es e compues o: se ob ienen i- b as de has a 10 imác longi ud pa a 1.000 ho as de ecoci- do a 1.600°C, sin que se ans o men espon áneamen e du- an e el en iado (28). 150 ho as 24 ho as 4 ho as •2 ho as 4.5 mol% Y2O3 Fig. 2 3 4 DEFORMACIÓN (%) [3.—Cu as ensión-de o mación pa a monoc is ales de Z 02-4,7 mol% Y20^ ecocidos a di e en es a L600°C. (De e 15.) Es e compo amien o con as a con el de los o os com- pues os a base de Z 02, que ienen limi ado su uso a em- pe a u as in e io es a 1.100°C debido al excesi o c ecimien o de los p ecipi ados, con el consiguien e aumen o de M^ so- b e la empe a u a ambien e. Es os esul ados pa ecen seña- la al Z 02-Y203 como un ma e ial idóneo pa a su u iliza- ción a al as empe a u as. AGRADECIMIENTOS Es e es udio ha sido pa cialmen e inanciado po el p o- yec o CICYT num. MAT/88-0181-CO2-01 del Minis e io de Educación y Ciencia (España). 6. BIBLIOGRAFÍA 1. GARVIE, R. C, HANNINK, R. H. y PASCOE, R. T.: Ce amic s eel? Na u e, 258 (1975), 703-704. 2. Ad ances in Ce amics, ol. 3: Science and Techno- MAYO-JUNIO, 1991 logy o Zi conia. Edi ado po A. H. Heue and L. W. Hoobs. The Ame ican Ce amic Socie y, Columbus, Ohio, 1981. 3. Ad ances in Ce amics, ol. 12: Science and Techno- logy o Zi conia II. Edi ado po N. Claussen, M. Ruble y A. H. Heue . The Ame ican Ce amic Socie y, Co- lumbus, Ohio, 1983. 4. Ad ances in Ce amics, ol. 24: Science and Techno- logy o Zi conia III. Edi ado po S. Somiya, N. Ya- mamo o y H. Hanagida. The Ame ican Ce amic So- cie y. Wes e ille, Ohio, 1989. 5. RÜHLE, M. y EVANS, A. G.: High oughness and ce- amic composi es. P og ess in Ma . Sei., 33 (1989), 85-167. 6. GREEN, D. J., HANNINK, R. H. J. y SWAIN, M. V.: T ans o ma ion oughening o ce amics. 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AVISO A NUESTROS LECTORES Aunque el Comi é de edacción de es a Re is a ealiza un g an es ue zo pa a que las no icias de es a Sección se comuniquen con an e- lación su icien e, lamen ablemen e en algunas con oca o ias, las echas son supe adas en el momen o de la publicación. No obs an e, conside amos in e esan e su publicación, ya que el lec o in e esado puede es a in o mado pa a u u as con oca o ias, po- niéndose en con ac o di ec o con las di ecciones indicadas. 164 BOL.SOC.ESP.CERAM.VIDR. VOL. 30 - NUM. 3