6.25 Alumina Al2 O3 is a brittle ceramic with low toughness. Suppose that fibres of silicon carbide SiC, another brittle ceramic with low toughness, could be embedded within the alumina. Would doing this affect the toughness of the ceramic matrix composite? Explain. (These materials are discussed in later chapters.)

Passo 1

O enunciado diz que a alumina Al2O3 é um cerâmico frágil, de baixa tenacidade, e propõe inserir fibras de carbeto de silício SiC, também cerâmico frágil, nessa matriz para formar um compósito. O conteúdo envolvido é o de mecânica da fratura e mecanismos de toughening em compósitos, e vamos precisar entender como a presença de fibras afeta a propagação de trincas.

Passo 2

Cerâmicos frágeis têm tenacidade baixa porque concentram tensões na ponta de trinca e não dissipam muita energia: não há grande zona plástica, então a trinca cresce quase sem barreira, com pouca energia absorvida.

Passo 3

Quando se introduzem fibras numa matriz frágil surgem mecanismos extrínsecos de toughening, tais como:
bul<=t Deflexão de trinca ao encontrar uma fibra, aumentando o seu percurso.
bul<=t Ponte (bridging) de fibra: depois de a trinca atravessar a matriz, as fibras ainda ligadas às faces consomem energia para se romperem ou desprenderem (“pull-out”).
bul<=t Debonding e atrito na interface fibra/matriz, que converte parte da energia elástica em atrito.

Passo 4

No compósito alumina/ SiC, mesmo que tanto a matriz quanto as fibras sejam frágeis, esses mecanismos acima fazem com que, ao propagar-se, a trinca precise contornar fibras, romper ligações e vencer atrito na interface. Tudo isso aumenta a energia requerida para propagar a trinca, ou seja, eleva a tenacidade efetiva do conjunto.

Passo 5

Portanto, o compósito resultante terá tenacidade maior do que cada cerâmico isolado. As fibras de SiC não endurecem o material exponencialmente, mas proporcionam toughening extrínseco, retardando a propagação de trinca e elevando a resistência à fratura.

Resposta

Sim. A adição de fibras de SiC à matriz de Al2O3 aumenta a tenacidade do compósito por meio de mecanismos extrínsecos (deflexão de trinca, bridging e pull-out de fibras, atrito na interface), que fazem a trinca consumir mais energia para crescer.

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