E2 Microestrutura: Tamanho do Grão e Porosidade

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A porosidade e o tamanho do grão são os dois parâmetros do estado microestrutural descritos por este modelo, e cada um determina independentemente o módulo de elasticidade e a resistência mecânica da cerâmica: o par de propriedades mecânicas que caracteriza detalhadamente outro modelo deste conjunto. O fato de esses dois parâmetros determinarem esse mesmo par de propriedades mecânicas, mesmo que surjam de diferentes aspectos da microestrutura, significa que eles devem ser desenvolvidos separadamente antes que seus efeitos sejam combinados. Vamos desenvolver primeiro a porosidade.

Os dados de porosidade usados ​​por este modelo provêm de outro modelo deste conjunto, aquele que descreve a porosimetria e a densidade da cerâmica. Como esse modelo mede experimentalmente a porosidade total do material, essa porosidade total pode ser decomposta em dois componentes: porosidade aberta, formada por poros conectados entre si e à superfície externa da peça, e porosidade fechada, formada por poros isolados dentro do material. O fato de a porosidade total ser a soma desses dois componentes significa que qualquer alteração em um deles se reflete diretamente na porosidade total.

Essa mesma porosidade total também tem um complemento: a densidade relativa da cerâmica. Uma porosidade total maior resulta em uma densidade relativa menor porque uma fração maior do volume da peça é ocupada por poros em vez de material sólido; uma porosidade total menor resulta em uma densidade relativa maior.

Uma porosidade total maior, por sua vez, resulta em um módulo de elasticidade e resistência mecânica menores da cerâmica: os poros interrompem a continuidade do material sólido, reduzem a área da seção transversal efetiva que suporta a carga e concentram as tensões ao seu redor. Portanto, quanto maior a porosidade total da peça, menos rígida e menos resistente ela é. Agora, vamos ao segundo parâmetro deste modelo: o tamanho do grão.

O tamanho do grão desta cerâmica é medido usando o mesmo método de interceptação linear já empregado para o mesmo propósito pelo modelo metalúrgico de tamanho de grão: o número de contornos de grão cruzados por uma linha de comprimento conhecido desenhada na microestrutura é contado, e o tamanho médio do grão é obtido a partir dessa contagem. O fato de este modelo reutilizar o mesmo método permite que o tamanho do grão da cerâmica seja medido de forma comparável à forma como é medido em um metal.

Um tamanho de grão menor resulta em um módulo de elasticidade e resistência mecânica maiores da cerâmica: os contornos de grão, que são mais numerosos quando o grão é mais fino, atuam como obstáculos que dificultam a propagação de uma trinca através do material; um tamanho de grão maior resulta em menos obstáculos e, consequentemente, em um módulo de elasticidade e resistência mecânica menores.

É por isso que este modelo, com a porosidade e o tamanho do grão com os quais foi aberto, faz com que ambos os parâmetros microestruturais alimentem outro modelo deste conjunto, aquele que descreve em detalhes o módulo de elasticidade e a resistência mecânica da cerâmica: o que a porosidade total e o tamanho do grão determinam aqui, cada um por si, é precisamente o que esse outro modelo desenvolve a partir de ambos.

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