E4 Propriedades Mecânicas Básicas (Frágil)

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A ausência de mecanismos de plasticidade é a característica definidora do comportamento mecânico intrínseco das cerâmicas neste modelo. Ao contrário dos metais, que possuem mecanismos de plasticidade para se deformarem permanentemente antes de se romperem, as cerâmicas não os possuem, e essa deficiência determina como seu módulo de elasticidade e resistência à flexão respondem à porosidade do material. Explicaremos primeiro por que essa ausência de mecanismos de plasticidade é importante.

A falta de mecanismos de plasticidade na cerâmica significa que ela não pode compensar, por meio de deformação plástica, a perda de seção transversal efetiva causada por seus poros. Em um metal, essa mesma perda de seção transversal seria parcialmente redistribuída pela plasticidade, mas nas cerâmicas, cada poro reduz, sem qualquer possibilidade de compensação, a área de material sólido disponível para suportar a carga. Essa porosidade — descrita em detalhes por outro modelo desta série — é precisamente o que agora influencia o módulo de elasticidade e a resistência à flexão dessa cerâmica.

A maior porosidade dessa cerâmica resulta em um menor módulo de elasticidade, de acordo com a relação de Ryshkewitch: o módulo de elasticidade diminui exponencialmente com o aumento da porosidade, de modo que os primeiros poros já reduzem o módulo consideravelmente, e cada aumento adicional na porosidade o reduz em proporção semelhante. Uma menor porosidade mantém o módulo de elasticidade mais próximo ao do material totalmente denso.

Da mesma forma, uma maior porosidade dessa mesma cerâmica resulta em menor resistência à flexão: a resistência à flexão diminui com a porosidade seguindo uma relação do mesmo tipo exponencial que a do módulo de elasticidade, embora com magnitude própria, porque em ambos os casos é a mesma perda de seção transversal efetiva — sem possível compensação por plasticidade — que reduz a propriedade mecânica correspondente. O fato de o módulo de elasticidade e a resistência à flexão dessa cerâmica serem definidos dessa forma, na ausência de mecanismos de plasticidade, significa que sua resposta à indentação também pode ser modelada em termos puramente elásticos: o contato elástico hertziano modela a indentação produzida por um indentador esférico nessa cerâmica, prevendo como as tensões são distribuídas sob a superfície de contato sem assumir qualquer deformação plástica do material.

Portanto, esse modelo, com a ausência de mecanismos de plasticidade sob os quais foi desenvolvido, distingue a cerâmica do comportamento plástico metálico descrito por outro modelo neste conjunto: enquanto um metal compensa a perda de seção transversal efetiva por meio de seus próprios mecanismos de plasticidade, essa cerâmica, por não possuir tais mecanismos, sofre uma redução em seu módulo de elasticidade e resistência à flexão diretamente devido à porosidade introduzida por outro modelo neste conjunto, e responde à indentação esférica unicamente por meio do contato elástico hertziano.

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