ANÁLISIS DE LA ANISOTROPÍA EN FIBRAS DE CARBURO DE SILICIO MEDIANTE ENSAYOS DE MICROTENSIÓN Y NANOINDENTACIÓN Y SIMULACIÓN TEÓRICA

El objetivo de esta tesis consistió principalmente en la obtención de dos propiedades mecánicas, la dureza y el módulo de Young, en fibras cerámicas de carburo de silicio (Hi-Nicalon). Dichas propiedades fueron medidas en dos diferentes direcciones, dirección longitudinal y dirección transversal. El...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor: JESUS ANTONIO BENCOMO CISNEROS
Tipo de recurso: tesis doctoral
Estado:Versión publicada
Fecha de publicación:2014
País:México
Institución:Centro de Investigación en Materiales Avanzados
Repositorio:Fuente de Objetos Científicos Open Access del CIMAV
Idioma:español
OAI Identifier:oai:cimav.repositorioinstitucional.mx:1004/40
Acceso en línea:http://cimav.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1004/40
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description El objetivo de esta tesis consistió principalmente en la obtención de dos propiedades mecánicas, la dureza y el módulo de Young, en fibras cerámicas de carburo de silicio (Hi-Nicalon). Dichas propiedades fueron medidas en dos diferentes direcciones, dirección longitudinal y dirección transversal. El primer paso consistió en llevar a cabo ensayos preliminares sobre fibras de Kevlar; por tratarse de fibras poliméricas, cuya preparación es relativamente más fácil de realizar comparada con fibras cerámicas, lo que se buscó con estos ensayos preliminares fue implementar una manera de montar las fibras de SiC para someterlas a ensayos de nanoindentación. La parte experimental de este estudio incluye principalmente la caracterización mecánica mediante las técnicas de microtensión y nanoindentación; además se utilizaron las técnicas de compresión uniaxial, MEB, FTIR y DRX. Mediante ensayos de microtensión se determinó el módulo de elasticidad longitudinal y por nanoindentación se obtuvieron el módulo elástico y la dureza en ambas direcciones. Por medio de ensayos de compresión axial se determinaron el módulo elástico y la relación de Poisson del polímero empleado como material de soporte de las fibras, con el cual se realizaron los ensayos de nanoindentación. Mediante MEB se determinó el diámetro de las fibras y se obtuvieron micrografías de su superficie. FTIR fue utilizada para determinar la composición del material de soporte y con DRX se llevó a cabo la caracterización estructural de las fibras. Adicionalmente, la curva carga-desplazamiento obtenida de los ensayos de nanoindentación longitudinal fue modelada y simulada computacionalmente mediante el software comercial de elementos finitos COMSOL Multiphysics. Para llevar a cabo la microtensión se utilizó una máquina universal de ensayos para fibras. Los ensayos de nanoindentación fueron realizados con un nanoindentador G200 de Agilent Technologies. Las indentaciones se hicieron mediante dos puntas, una piramidal de tres caras (Berkovich) y otra esférica, de 20 nm y 1 µm de radio, respectivamente. Se determinó un grado de anisotropía de 95% para el módulo elástico y de 80% para la dureza. Mediante simulación por el método de elementos finitos se comprobó la existencia de la anisotropía en módulo elástico
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La parte experimental de este estudio incluye principalmente la caracterización mecánica mediante las técnicas de microtensión y nanoindentación; además se utilizaron las técnicas de compresión uniaxial, MEB, FTIR y DRX. Mediante ensayos de microtensión se determinó el módulo de elasticidad longitudinal y por nanoindentación se obtuvieron el módulo elástico y la dureza en ambas direcciones. Por medio de ensayos de compresión axial se determinaron el módulo elástico y la relación de Poisson del polímero empleado como material de soporte de las fibras, con el cual se realizaron los ensayos de nanoindentación. Mediante MEB se determinó el diámetro de las fibras y se obtuvieron micrografías de su superficie. FTIR fue utilizada para determinar la composición del material de soporte y con DRX se llevó a cabo la caracterización estructural de las fibras. Adicionalmente, la curva carga-desplazamiento obtenida de los ensayos de nanoindentación longitudinal fue modelada y simulada computacionalmente mediante el software comercial de elementos finitos COMSOL Multiphysics. Para llevar a cabo la microtensión se utilizó una máquina universal de ensayos para fibras. Los ensayos de nanoindentación fueron realizados con un nanoindentador G200 de Agilent Technologies. Las indentaciones se hicieron mediante dos puntas, una piramidal de tres caras (Berkovich) y otra esférica, de 20 nm y 1 µm de radio, respectivamente. Se determinó un grado de anisotropía de 95% para el módulo elástico y de 80% para la dureza. Mediante simulación por el método de elementos finitos se comprobó la existencia de la anisotropía en módulo elásticoThe aim of this thesis was mainly to obtain two mechanical properties, hardness and Young's modulus, of silicon carbide (Hi-Nicalon) ceramic fibers. These properties were measured in both the longitudinal and transverse directions. The first step was to conduct preliminary tests on Kevlar fibers; because they are polymer fibers, whose preparation is relatively easier to perform as compared with ceramic fibers, a mounting way of the SiC fibers for nanoindentation tests was searched with these preliminary tests. The experimental part of this study includes mainly the mechanical characterization by microtensile and nanoindentation techniques; in addition, uniaxial compression, SEM, FTIR and XRD techniques were used. The longitudinal elastic modulus was determined through microtensile testing and the hardness and elastic modulus were obtained in both directions by nanoindentation tests. The elastic modulus and Poisson's ratio of the polymer used as fiber support material for nanoindentation tests were determined via axial compression tests. Fiber diameter measurements and fiber surface observations were made using SEM. The composition of the support material was determined by FTIR and the structural characterization of the fibers was performed by XRD. Additionally, the load-displacement curve obtained from the longitudinal nanoindentation tests was computationally modeled and simulated by the commercial finite element software COMSOL Multiphysics. A universal fiber testing machine was used to carry out the microtensile tests. The nanoindentation tests were achieved using an Agilent Technologies Nano Indenter G200. The indentations were made using both a three-side pyramidal (Berkovich) and a spherical tips, measuring 20 nm and 1 µm in radius, respectively. A degree of anisotropy of 95% for the elastic modulus and 80% for the hardness was determined. The use of simulation by the finite element method allowed to verify the existence of anisotropy in elastic modulus.2014-03info:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionapplication/pdfhttp://cimav.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1004/40reponame:Fuente de Objetos Científicos Open Access del CIMAVinstname:Centro de Investigación en Materiales Avanzadosinstacron:CIMAVspainfo:eu-repo/semantics/openAccesshttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0oai:cimav.repositorioinstitucional.mx:1004/402024-08-28T03:18:49Z
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