Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (May 2020)
Modeling the mechanical behavior of a kaolin ceramic paste owing to the variation in the particle size
Abstract
The mechanical behavior of mineral pastes is controlled by minerals of clay origin since their laminar type morphology allows a special configuration of the particles, which allows them to dissipate mechanical forces applied by means of high plastic deformations. In this research, a clay used in the ceramics industry was evaluated and two granulometries called MG 270 (53 μm) and MG 325 (43 μm) were studied. Simple compression tests were performed to evaluate the mechanical performance of each of these materials. The simple compression data allowed to determine the radial flow of the particles within the control volume (specimens evaluated), the random organization of the clayey material demonstrates a rapid energy dissipation, translated into rapid advances from elastic state to plastic states of deformation. Later, the finite element method (FEM) was used to simulate the possible states of stress and deformation that are produced in ceramic pastes constituted by this type of clay. This allowed to obtain a graphic idea of the distribution of stresses and deformations, areas of stress concentration are evidenced, where it is possible that the start of microcracks occurs, which are generally the cause of generalized fracture and sudden faults of the ceramic paste. Resumen: El comportamiento mecánico de las pastas minerales es controlado por los minerales de origen arcilloso, ya que su morfología tipo laminar admite una configuración especial de las partículas que les permite disipar esfuerzos mecánicos aplicados mediante altas deformaciones plásticas. En esta investigación se evaluó una arcilla empleada en la industria cerámica, y se estudiaron dos granulometrías denominadas MG 270 (53 μm) y MG 325 (43 μm). Se ejecutaron ensayos de compresión simple para evaluar el desempeño mecánico de cada uno de estos materiales. Los datos de compresión simple permitieron determinar el flujo radial de las partículas dentro del volumen de control (especímenes evaluados), la organización al azar del material arcilloso evidencia una rápida disipación energética, traducida en rápidos avances de estado elástico a estados plásticos de deformación. Posteriormente se empleó el método de elementos finitos (finit element method [FEM) para la simulación de los posibles estados de esfuerzo y deformación que son producidos en pastas cerámicas constituidas por este tipo de arcilla. Esto permitió obtener una idea gráfica de la distribución de esfuerzos y deformaciones, se evidencia zonas de concentración de esfuerzos, donde es posible que ocurra el inicio de microgrietas, que generalmente son las causantes de la fractura generalizada y las fallas súbitas de la pasta cerámica.
