E4 Propriétés mécaniques de base (fragile)

Topique

L'absence de mécanismes de plasticité est la caractéristique déterminante du comportement mécanique intrinsèque des céramiques dans ce modèle. Contrairement aux métaux, qui possèdent des mécanismes de plasticité leur permettant de se déformer de façon permanente avant rupture, les céramiques en sont dépourvues. Cette absence influence la façon dont leur module d'élasticité et leur résistance à la flexion réagissent à la porosité du matériau. Nous expliquerons d'abord pourquoi cette absence de mécanismes de plasticité est importante.

L'absence de mécanismes de plasticité dans la céramique signifie qu'elle ne peut compenser, par déformation plastique, la perte de section efficace due à ses pores. Dans un métal, cette même perte de section serait partiellement redistribuée par plasticité, mais dans les céramiques, chaque pore réduit, sans aucune compensation possible, la surface de matériau solide disponible pour supporter la charge. Cette porosité, décrite en détail par un autre modèle de cette série, est précisément ce qui influence le module d'élasticité et la résistance à la flexion de cette céramique.

La porosité élevée de cette céramique entraîne une diminution de son module d'élasticité, conformément à la relation de Ryshkewitch : le module d'élasticité diminue exponentiellement avec l'augmentation de la porosité. Ainsi, les premiers pores réduisent déjà sensiblement le module, et chaque augmentation supplémentaire de la porosité le réduit dans une proportion similaire. Une porosité plus faible maintient le module d'élasticité plus proche de celui du matériau totalement dense.

De même, une porosité élevée de cette même céramique entraîne une diminution de sa résistance à la flexion : la résistance à la flexion diminue avec la porosité selon une relation de même type exponentiel que celle du module d'élasticité, mais avec une amplitude différente. En effet, dans les deux cas, c'est la même perte de section efficace – sans compensation possible par plasticité – qui réduit la propriété mécanique correspondante. Le fait que le module d'élasticité et la résistance à la flexion de cette céramique soient définis de cette manière, en l'absence de mécanismes de plasticité, signifie que sa réponse à l'indentation peut également être modélisée en termes purement élastiques : le contact élastique hertzien modélise l'indentation produite par un indenteur sphérique sur cette céramique, prédisant la distribution des contraintes sous la surface de contact sans supposer de déformation plastique du matériau.

Par conséquent, ce modèle, développé en l'absence de mécanismes de plasticité, distingue la céramique du comportement plastique métallique décrit par un autre modèle de cet ensemble : tandis qu'un métal compense la perte de section efficace par ses propres mécanismes de plasticité, cette céramique, dépourvue de tels mécanismes, subit une réduction de son module d'élasticité et de sa résistance à la flexion directement due à la porosité introduite par un autre modèle de cet ensemble, et réagit à l'indentation sphérique uniquement par un contact élastique hertzien.

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