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13.6 - FRATURA FRÁGIL DE CERÂMICAS
À temperatura ambiente, tanto a cerâmica cristalina quanto a cerâmica não-cristalina quase sempre
se fraturam antes que qualquer deformação plástica possa ocorrer em resposta a uma carga de
tração aplicada. Os tópicos de fratura frágil e mecânica da fratura, como discutido anteriormente nas
Seções 8.4 e 8.5, também se relacionam à fratura de materiais cerâmicos; êles serão revistos
brevemente neste contexto.
O processo de fratura frágil consiste da formação e propagação de trincas através da
seção reta de material numa direção perpendicular à carga aplicada.Crescimento de trinca em
cerâmicas cristalinas é usualmente através dos grãos (isto é, transgranular) e ao longo de planos
cristalográficos (ou de clivagem) específicos, planos de alta densidade atômica.
As resistência à fratura medidas de materiais cerâmicos são substancialmente menores do
que previstas pela teoria das forças de ligação interatômicas. Isto pode ser explicado pela muito
pequenas e onipresentes falhas (defeitos) no material que servem como elevadores de tensão -
pontos nos quais a magnitude de uma tensão de tração aplicada é amplificada. O grau de
amplificação da tensão depende do comprimento da trinca e raio de curvatura da ponta de acordo
com a Equação 8.1, sendo o mais alto para defeitos longos e apontados. Estes elevadores de tensão
podem ser diminutas trincas da superfície ou do interior (microtrincas), poros internos e cantos de
grão, que são virtualmente impossível de eliminar ou controlar. Por exemplo, mesmo umidade e
contaminantes na atmosfera podem introduzir trincas superficiais em fibras de vidro récem
conformadas; estas trincas afetam deterioradoramente a resistência mecânica. Uma concentração de
tensão numa ponta de defeito pode causar a formação de uma trinca, que pode propagar-se até
eventual falha.
A medida da capacidade de um material cerâmico para resistir à fratura quando uma trinca
estiver presente é especificada em termos tenacidade à fratura. A tenacidade à fratura de
deformação plana, K Ic , como discutida na Seção 8.5, é definida de acordo com a expressão
K Ic = Y σ (π a) 1/2 (13.2)
onde Y é um parâmetro adimensional que é função das geometrias tanto da amostra quanto da
trinca, σ é a tensão aplicada e a é o comprimento de uma trinca superficial ou a metade do
comprimento de uma trinca interna. A propagação de trinca não ocorrerá enquanto o lado direito da
equação 13.2 for menor do que a tenacidade à fratura por deformação plana do material. Valores
de tenacidade à fratura por deformação plana para materiais cerâmicos são menores do que aqueles
para metais; tipicamente êles estão abaixo de 9000 psi (polegada) 1/2 [ou, 10 MPa(m) 1/2 . Valores de
K Ic para vários materiais cerâmicos estão incluídos na Tabela 8.1.
Sob algumas circunstâncias, a fratura de materiais cerâmicos ocorrerá por lenta
propagação de trincas, quando tensões forem estáticas em natureza e o lado direito da equação
13.2 for menor do que K Ic . Este fenômeno é chamado fadiga estática, ou fratura retardada; o
uso do termo "fadiga" é algo enganador porquanto uma fratura possa ocorrer na ausência de tensões
cíclicas (fadiga de metal foi discutida no Capítulo 8). Observou-se que este tipo de fratura é
especialmente sensível às condições ambientais, especificamente quando umidade estiver presente
na atmosfera. Relativamente ao mecanismo, um processo de corrosão sob tensão provavelmente
ocorre nas pontas das trincas; isto é , a combinaçãode uma tensão de tração aplicada e dissolução
de material conduz a um afilamento e a um acompridamento das trincas até que, por fim, uma trinca