Fasetransformationshærdning
Princip: Den metastabile tetragonale fase (t-ZrO₂) gennemgår en diffusionsfri fasetransformation under spændingsfeltet ved revnespidsen og transformeres til den monokliniske fase (m-ZrO₂), ledsaget af ca. 4%-5% volumenudvidelse. Denne ekspansion genererer trykspænding ved revnespidsen, hvilket udligner noget af den ydre belastning og forhindrer revneudbredelse.
Karakteristika: Betydelig hærdende effekt; dette er den vigtigste hærdningsmekanisme for zirconia keramik, men fasetransformationsbetingelser (såsom temperatur og spændingsfelt) skal kontrolleres for at undgå overdreven fasetransformation, der fører til materialefejl.
Partikelhærdning
Princip: Partikler med høj-styrke og højt-elastisk-modul (såsom Al₂O₃, SiC osv.) tilsættes som hærdemidler til ZrO₂-keramisk pulver. Partiklerne hærder gennem følgende mekanismer:
* Revneafbøjning: Partikler hindrer den lige udbredelse af revner, hvilket får dem til at omgå partiklerne og danne en længere vej.
* Revnebrodannelse: Partikler forbinder begge sider af revnen, bærer en del af belastningen og reducerer spændingskoncentrationen ved revnespidsen.
Funktioner: Enkel proces, lav pris, men den hærdeeffekt er svagere end whiskers eller fibre, hvilket kræver optimering af partikeltype, partikelstørrelse (normalt submikronniveau) og indhold (generelt mindre end 20%).
Fiberhærdning
Princip: Fibre (såsom kulfibre, SiC-fibre) hærder gennem følgende mekanismer:
* Revnebrodannelse: Fibre krydser revner, bærer trækspænding og forhindrer revneudbredelse.
* Udtrækseffekt-: Fibre forbruger energi, når de trækkes ud af matrixen, hvilket øger frakturarbejdet.
* Revneafbøjning: Fibre forårsager en ændring i revneudbredelsesretningen, hvilket øger vejlængden.
Funktioner: Hærdningseffekten er bedre end partikler, men fiberdispersionsensartethed og grænsefladebindingsstyrke kræver streng kontrol, hvilket resulterer i højere omkostninger.
Selv-hærdende
Princip: Ved at styre sintringsprocessen af zirconia keramik dannes søjleformede krystaller eller lange korn inde i materialet. Under brud forplanter revnen sig langs korngrænserne, afbøjes ved at møde søjleformede krystaller, øger udbredelsesvejen og forbruger mere energi.