Anche le proprietà meccaniche, come molte altre, dipendono sostanzialmente
dai legami chimici presenti nel materiale.
La curva che esprime la forza agente tra due atomi contiene le informazioni
fondamentali per l’elasticità e la resistenza a rottura.
In un solido formato da più atomi importanti saranno la forza del legame e la
densità dei legami.
Tanto più elevata è la pendenza della curva all’intersezione con l’asse delle
ascisse, tanto più elevato è il modulo elastico del materiale.
Nei materiali ceramici i legami sono sempre molto forti essendo covalenti o
ionici. La loro densità nello spazio influenza soprattutto l’elasticità. Il
carattere ionico e la loro forza influenzano il comportamento plastico dei
materiali.
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La durezza di un materiale esprime la sua resistenza alla penetrazione di un
altro corpo.
Nei vetri (e nei ceramici) si misurano generalmente la durezza Vickers e quella
Knoop facendo uso di piramidi di diamante. Per la prima si usano carichi
superiori al Newton, per la seconda carichi inferiori ai 10 N.
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L’andamento dei valori di durezza nei vetri segue quello della forza del legame
e della densità dei legami. In genere nei ceramici la durezza supera i 10 GPa e
questo è collegato alla notevole forza dei legami chimici presenti. 3
Modulo elastico (o di Young) e resistenza a rottura sono misurati generalmente
mediante prove di flessione. Questo perché sono difficilmente ottenibili
campioni per prove di trazione (i ceramici non si lavorano con facilità
all’utensile!).
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La resistenza a flessione dipende in genere da grana cristallina e porosità.
L’ordine di grandezza è quello dei 100 MPa.
Notevole è inoltre la differenza tra resistenza a compressione e flessione.
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Il modulo elastico (sia longitudinale, E, che tangenziale, G,) può essere
misurato in maniera non distruttiva mediante la tecnica della risonanza
acustica. La misura è descritta dalla normativa ASTM: il campione (barretta a
sezione rettangolare o circolare per E, piasta per G) è sollecitato con una onda
sonora di frequenza crescente generata da un primo trasduttore mentre un
secondo trasduttore rileva il segnale in uscita e, in particolare, la frequenza di
risonanza. La frequenza di risonanza dipende dalle dimensioni del campione e
da alcune caratteristiche geometriche (T1 e α) oltre che, ovviamente, dal
modulo elastico.
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Anche il modulo elastico evolve nei ceramici con la forza del legame e con la
loro densità. Importante è ovviamente l’influenza della porosità.
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I materiali ceramici in genere sono poco deformabili plasticamente in quanto i
legami sono molto forti e, spesso, presentano un certo carattere ionico. Sono
tuttavia sempre presenti le dislocazioni; il loro movimento è possibile su certe
giaciture e a certe temperature. A bassa temperatura il materiale si rompe prima
che si inneschino I meccanismi di deformazione plastica.
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I sistemi di scorrimento si dividono in primari e secondari a seconda della
temperatura di attivazione. Nei ceramici la temperatura di attivazione è in
genere particolarmente elevata e questo fa sì che essi non siano “plastici” a
temperatura ambiente.
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