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La ferroelasticidad es un fenómeno en el que un material puede exhibir una deformación espontánea, y es el equivalente mecánico de la ferroelectricidad y el ferromagnetismo en el campo de los materiales ferroicos . Un cristal ferroelástico tiene dos o más estados de orientación estables en ausencia de tensión mecánica o campo eléctrico, es decir, estados remanentes, y puede conmutarse reproduciblemente entre estos estados aplicando una tensión o un campo eléctrico superior a un valor crítico. La aplicación de campos opuestos produce histéresis a medida que el sistema cruza repetidamente una barrera de energía. Esta transición disipa una energía igual al área encerrada por el ciclo de histéresis. [ 1 ]
La transición de la estructura original del cristal a una de sus deformaciones ferroelásticas estables suele ir acompañada de una reducción de la simetría cristalina. [ 2 ] El cambio espontáneo en la deformación y la estructura cristalina puede asociarse con un cambio espontáneo en otras propiedades observables, como la birrefringencia, la absorción óptica y la polarizabilidad. [ 3 ] [ 4 ] En materiales compatibles, la espectroscopia Raman se ha utilizado para visualizar directamente la conmutación ferroelástica en cristales. [ 5 ]
La teoría de Landau se ha utilizado para describir con precisión muchas transiciones de fase ferroelásticas empleando la deformación como parámetro de orden , dado que casi todas las transiciones ferroelásticas son de segundo orden. La energía libre se formula como un desarrollo en potencias pares de la deformación.
El efecto de memoria de forma y la superelasticidad son manifestaciones de la ferroelasticidad. El nitinol (níquel-titanio), una aleación ferroelástica común, puede presentar superelasticidad o el efecto de memoria de forma a temperatura ambiente, dependiendo de la proporción de níquel a titanio.
Papel en el fortalecimiento de la transformación
Las transiciones ferroelásticas pueden utilizarse para aumentar la tenacidad de las cerámicas, siendo el ejemplo más notable la zirconia. Una grieta que se propaga a través de la zirconia tetragonal abre un espacio adicional, lo que permite que la región alrededor de la grieta se transforme en la fase monoclínica, expandiéndose hasta un 3-4%. [ 6 ] Esta expansión provoca una tensión de compresión delante de la punta de la grieta, lo que requiere un esfuerzo adicional para que la grieta siga propagándose. [ 7 ]
Véase también
Lecturas adicionales
- Salje, EKH (2012). "Materiales ferroelásticos". Annual Review of Materials Research . 42 : 265–283 . Bibcode : 2012AnRMS..42..265S . doi : 10.1146/annurev-matsci-070511-155022 .
Referencias
- ↑ Banerjee, Rajat; Manna, Indranil (2013). Nanocompuestos cerámicos . Serie de publicaciones de Woodhead en ciencia e ingeniería de compuestos. Oxford: Woodhead publ. ISBN 978-0-85709-338-7.
- ↑ Salje, Ekhard KH; Hayward, Stuart A.; Lee, William T. (2005-01-01). "Transiciones de fase ferroelásticas: estructura y microestructura" . Acta Crystallographica Sección A. 61 ( 1): 3– 18. doi : 10.1107/S0108767304020318 . ISSN 0108-7673 . PMID 15613749 .
- ↑ Wood, IG (1984-07-30). "Birrefringencia espontánea de BiVO 4 y LaNBO 4 ferroelásticos entre 10 K y T c" . Journal of Physics C: Solid State Physics . 17 (21): L539– L543. doi : 10.1088/0022-3719/17/21/003 . ISSN 0022-3719 .
- ^ Colina, Cristina; Weber, Mads C.; Lehmann, Jannis; Leinen, Tariq; Fiebig, Manfred; Kreisel, Jens; Guennou, Mael (1 de agosto de 2020). "Papel de la tensión ferroelástica en la absorción óptica de BiVO4". Materiales APL . 8 (8). arXiv : 2004.10183 . doi : 10.1063/5.0011507 . ISSN 2166-532X .
- ↑ Schubert, Amanda B.; Wellman, Richard; Nicholls, John; Gentleman, Molly M. (marzo de 2016). "Observaciones directas de la ferroelasticidad inducida por erosión en recubrimientos de barrera térmica EB-PVD" . Journal of Materials Science . 51 (6): 3136– 3145. Bibcode : 2016JMatS..51.3136S . doi : 10.1007/s10853-015-9623-7 . ISSN 0022-2461 .
- ↑ Žmak, Irena; Ćorić, Danko; Mandić, Vilko; Ćurković, Lidija (26 de diciembre de 2019). "Dureza y tenacidad a la fractura por indentación de cerámicas de alúmina fundida y alúmina-circonio deslizantes" . Materiales . 13 (1): 122. Bibcode : 2019Mate...13..122Z . doi : 10.3390/ma13010122 . ISSN 1996-1944 . PMC 6981786 . PMID 31888013 .
- ↑ Jiang, Wentao; Lu, Hao; Chen, Jinghong; Liu, Xuemei; Liu, Chao; Song, Xiaoyan (2021-04-01). "Endurecimiento de carburos cementados mediante transformación de fase de zirconia" . Materials & Design . 202 109559. doi : 10.1016/j.matdes.2021.109559 . ISSN 0264-1275 .
- Ciencias de los materiales
- Histéresis