Fasetransformatie Verharding
Principe: De metastabiele tetragonale fase (t-ZrO₂) ondergaat een diffusieloze fasetransformatie onder het spanningsveld aan de scheurtip, en transformeert in de monokliene fase (m-ZrO₂), vergezeld van ongeveer 4%-5% volume-expansie. Deze uitzetting genereert drukspanning aan de scheurtip, waardoor een deel van de externe spanning wordt gecompenseerd en de voortplanting van de scheur wordt belemmerd.
Kenmerken: Aanzienlijk verstevigend effect; dit is het belangrijkste verhardingsmechanisme voor zirkoniumoxide-keramiek, maar fasetransformatieomstandigheden (zoals temperatuur en spanningsveld) moeten worden gecontroleerd om overmatige fasetransformatie te voorkomen die tot materiaalfalen leidt.
Deeltjesverharding
Principe: Deeltjes met een hoge-sterkte en hoge-elastische-modulus (zoals Al₂O₃, SiC, enz.) worden als hardingsmiddelen aan ZrO₂-keramiekpoeder toegevoegd. De deeltjes worden harder door de volgende mechanismen:
* Scheurafbuiging: Deeltjes belemmeren de rechte voortplanting van scheuren, waardoor ze de deeltjes omzeilen en een langer pad vormen.
* Scheuroverbrugging: Deeltjes verbinden beide zijden van de scheur, dragen een deel van de belasting en verminderen de spanningsconcentratie aan de scheurtip.
Kenmerken: Eenvoudig proces, lage kosten, maar het versterkende effect is zwakker dan dat van snorharen of vezels, waardoor optimalisatie van het deeltjestype, de deeltjesgrootte (meestal submicronniveau) en de inhoud (doorgaans minder dan 20%) vereist is.
Vezelverharding
Principe: Vezels (zoals koolstofvezels, SiC-vezels) worden harder door de volgende mechanismen:
* Scheuroverbrugging: vezels overbruggen scheuren, dragen trekspanningen en voorkomen scheurvoortplanting.
* Uittrek-effect: vezels verbruiken energie wanneer ze uit de matrix worden getrokken, waardoor de breukarbeid toeneemt.
* Scheurdoorbuiging: Vezels veroorzaken een verandering in de voortplantingsrichting van de scheur, waardoor de padlengte toeneemt.
Kenmerken: Het verhardingseffect is beter dan deeltjes, maar de uniformiteit van de vezeldispersie en de grensvlakhechtsterkte vereisen strikte controle, wat resulteert in hogere kosten.
Zelf-hardend
Principe: Door het sinterproces van zirkoniumoxide-keramiek te controleren, worden kolomvormige kristallen of lange korrels in het materiaal gevormd. Tijdens breuk plant de scheur zich voort langs de korrelgrenzen, waarbij hij afbuigt wanneer hij kolomvormige kristallen tegenkomt, waardoor het voortplantingspad groter wordt en meer energie wordt verbruikt.