Contrairement aux métaux, l'alumine ne présente pas de limite d'élasticité à la compression facilement quantifiable, ni de limite d'élasticité à la traction indéfinie, et se rompt de manière catastrophique à sa résistance ultime à la traction.
La température a un effet sur le module d'élasticité de l'alumine ; à mesure que la température augmente, sa valeur diminue jusqu'à ce qu'elle atteigne la température de cuisson, où elle remonte brusquement.
Module de Young
Le module d'Young mesure la force qu'un matériau peut supporter avant de commencer à se déformer, ce qui en fait une propriété essentielle pour les scientifiques et les ingénieurs en matériaux afin d'évaluer la résistance d'un matériau à la déformation. Les ingénieurs utilisent également le module d'Young pour sélectionner les matériaux appropriés dans les processus de conception des produits.
Les propriétés élastiques des matériaux sont définies par une équation qui utilise conjointement la contrainte et la déformation pour définir l'ampleur de la déformation. La contrainte fait référence aux forces appliquées, tandis que la déformation est le changement de longueur qui en résulte. Le module d'Young mesure le degré d'élasticité du matériau ; des valeurs élevées indiquent une plus grande résilience.
La température, les impuretés et le type de structure cristalline jouent tous un rôle dans la détermination du module d'Young des matériaux. Le module d'Young des métaux fluctue souvent en fonction des changements de température ambiante ; cette variation peut s'expliquer par les modifications de la fonction de travail des électrons des métaux, qui modifient en conséquence les propriétés élastiques des matériaux.
La vitesse de déformation peut avoir un impact substantiel sur les mesures du module d'Young, ce qui conduit à des mesures inexactes du module d'Young. Dans ce cas, les résultats des essais deviennent moins fiables et peuvent ne pas fournir de données utiles aux ingénieurs.
Parfois, le module d'élasticité d'un matériau dépend de la manière dont il a été produit. Par exemple, certains métaux NC ont tendance à présenter des modules de Young plus faibles que leurs homologues CG en raison de discontinuités dans leur microstructure.
En revanche, les nanomatériaux non poreux et cristallins présentent des modules élastiques plus stables. Par exemple, les nanomatériaux Ni-P non poreux produits par électrodéposition ont des modules de Young comparables à ceux des échantillons CG correspondants, en raison d'une discontinuité moindre dans la microstructure entre les nanomatériaux NC et les échantillons GC correspondants.
Rapport de Poisson
Le coefficient de Poisson est une constante qui caractérise la relation entre la déformation latérale et la déformation axiale. Il joue un rôle important dans la caractérisation mécanique des matériaux ainsi que dans la conception des structures, car il permet de créer des matériaux plus résistants et plus sûrs. Un matériau ayant un coefficient de Poisson positif se dilate latéralement lorsqu'il est soumis à une tension et se contracte latéralement lorsqu'il est comprimé. Cette propriété est particulièrement utile pour caractériser les matériaux poreux polymères souvent utilisés comme absorbeurs d'énergie ou équipements de protection.
Le coefficient de Poisson peut être compris plus facilement si l'on comprend quelles sont les dimensions de la déformation. La déformation est définie comme la variation de la longueur divisée par la longueur initiale, ce qui signifie que ses dimensions coïncident avec la longueur elle-même - ce qui peut être exprimé linéairement par "el-ey". Pour les matériaux isotropes, cette relation est égale à 1, ce qui indique une déformation égale partout.
Le caoutchouc réagit aux charges de compression en se dilatant et en se contractant latéralement lorsqu'il est étiré ; ce phénomène est appelé coefficient de Poisson, d'après Siméon Poisson, le mathématicien français qui a été à l'origine des modèles moléculaires des propriétés élastiques. Certains matériaux peuvent toutefois présenter des rapports de Poisson négatifs, entraînant une contraction relative dans la direction transversale lors de la compression.
Le coefficient de Poisson peut être mesuré par un essai de flexion, qui fait partie intégrante des essais sur les alliages d'aluminium. Cette valeur aide à prédire le comportement à la déformation et peut être comparée aux résultats des tests du module d'Young pour permettre aux ingénieurs d'optimiser les matériaux pour des applications spécifiques et de prévenir les défaillances structurelles.
Comprendre comment les différents matériaux se déforment sous différentes conditions de contrainte est de la plus haute importance en génie civil, en particulier lors de la conception de bâtiments et de ponts. Le béton et l'acier devant supporter des charges importantes, la connaissance de leur comportement dans de telles conditions de contrainte permet aux ingénieurs civils de créer des bâtiments capables de supporter ces charges en toute sécurité - ce que le coefficient de Poisson permet de faire de manière déterminante. Le coefficient de Poisson permet aux ingénieurs civils de prédire.
Densité
La densité est une propriété physique qui indique la quantité de matière présente dans un objet, déterminée en divisant sa masse par son volume, avec des unités de mesure telles que le gramme par centimètre cube (g/cm3). La densité des matériaux est une propriété intensive - sa valeur ne change pas en fonction de l'espace qu'ils occupent.
Un bloc de métal de taille équivalente et du polystyrène ont des densités différentes car ce dernier contient moins de masse. Les matériaux denses donnent généralement l'impression d'être plus lourds ou solides, tandis que les matériaux peu compacts ou aériens ont tendance à être plus légers et plus souples.
La synthèse de g-alumine de différents diamètres fait partie intégrante du développement de nouveaux matériaux céramiques aux applications diverses. Ce processus permet de produire des granulés aux propriétés mécaniques améliorées - cette caractéristique s'avère particulièrement précieuse dans les applications de résistance à la chaleur et de protection contre la corrosion.
Le module d'élasticité de l'alumine est directement proportionnel à sa limite d'élasticité ; ainsi, si son module d'élasticité augmente, la limite d'élasticité diminuera en conséquence. Il est donc impératif de comprendre le module d'élasticité du matériau afin de choisir correctement les matériaux et d'évaluer les limites d'élasticité.
Les chercheurs qui souhaitent analyser les propriétés élastiques doivent effectuer des essais de traction ; cependant, cette méthode n'est pas toujours fiable car elle ne tient pas compte de la déformation plastique. Il est donc recommandé d'utiliser un instrument de mesure précis et de qualité.
En outre, les propriétés élastiques de l'alumine sont déterminées par la morphologie de ses particules. Pour évaluer cet aspect de ses propriétés, les chercheurs utilisent la microscopie électronique à balayage et la microscopie électronique à balayage à émission de champ pour évaluer la structure de sa surface et effectuent des tests de nanoindentation et de nanorayure pour déterminer ses propriétés.
L'alumine est un matériau d'ingénierie extrêmement populaire en raison de ses nombreuses propriétés utiles. L'alumine possède une résistance thermique et un point de fusion impressionnants qui la rendent adaptée aux applications impliquant des températures élevées. En outre, sa stabilité chimique lui permet de résister aux acides forts et aux alcalis, ainsi que de posséder un faible coefficient de dilatation qui lui permet de supporter d'importantes contraintes de flexion.
La force
L'alumine est un matériau céramique blanc ou beige crème qui présente des propriétés supérieures de résistance mécanique, d'inertie chimique, de résistance à la corrosion et de résistance à l'usure. L'alumine est utilisée dans des applications nécessitant une résistance supérieure à la flexion ou à la compression, telles que les céramiques, les plastiques techniques et les restaurations dentaires.
La résistance est directement proportionnelle à la densité des céramiques d'alumine ; plus leur densité est élevée, plus elles sont résistantes. Mais à mesure que la densification augmente, sa résistance diminue en raison de la fluctuation des forces atomiques entre les atomes dans sa structure cristalline ; à mesure que la distance entre les atomes se rapproche, leurs interactions changent et le module d'Young s'affaiblit à mesure que la densification se produit.
La densité de l'alumine n'est pas toujours un indicateur précis de sa résistance | JAM Lab Inc. La densité de l'alumine donne une bonne indication de sa résistance, mais ne donne pas une image complète. La résistance réelle dépend de la distribution des particules de renforcement et de la qualité de l'interface particule-matrice qui doit transférer la charge du pénétrateur aux particules sans dégradation.
Des chercheurs étudient l'effet des matériaux à module progressif sur les propriétés de fatigue de l'alumine-verre (GAG). Selon eux, ces matériaux semblent améliorer la capacité de charge de l'alumine monolithique qui les recouvre.
Des essais de fatigue par contact glissant ont été menés sur des surfaces occlusales d'alumine graduée et monolithique en utilisant des conditions de charge et de déplacement identiques. Les deux matériaux ont résisté à un million de cycles sans défaillance ni fissure ou écaillage du matériau. Bien que les deux matériaux présentent des dommages de surface, seule l'alumine calibrée présente un cratère d'usure lisse sans fissure ni écaillage du matériau.
Des gradations ont été observées dans le module d'Young de l'alumine infiltrée à mesure que la profondeur des cratères augmentait, sa valeur augmentant avec la profondeur dans les zones graduées avant de redescendre vers celle de son noyau matriciel ; la nanoindentation a confirmé cette observation.