As cerâmicas de zircônia têm propriedades físicas e químicas únicas, como alta dureza, baixa condutividade térmica, alto ponto de fusão, resistência a alta temperatura e corrosão, inércia química e propriedades anfotéricas, e suas aplicações em cerâmicas eletrônicas, cerâmicas funcionais e cerâmicas estruturais desenvolveram-se rapidamente . Como um material cerâmico técnico especial, ele tem amplas perspectivas de aplicação em áreas de alta tecnologia, como eletrônica, aeroespacial, aviação e indústria nuclear. No entanto, as deficiências fatais dos materiais cerâmicos de zircônia são fragilidade, baixa confiabilidade e baixa repetibilidade. Essas deficiências afetaram seriamente o escopo de sua aplicação. Somente melhorando a resistência à fratura da cerâmica de zircônia, percebendo o fortalecimento e endurecimento dos materiais e melhorando sua confiabilidade e vida útil, a cerâmica de zircônia pode realmente se tornar um novo material amplamente utilizado. Portanto, a tecnologia de tenacificação da cerâmica de zircônia sempre foi um ponto importante de pesquisa em cerâmica. No momento, os métodos de endurecimento de cerâmica incluem principalmente: endurecimento por mudança de fase, endurecimento de partículas, endurecimento de fibra, autotensamento, endurecimento por dispersão, endurecimento sinérgico, nanotensamento, etc.
1. Toughening de mudança de fase
A tenacificação por transformação de fase significa que a fase tetragonal metaestável t-ZrO2 sofre uma transformação de fase sob a ação do campo de tensões na ponta da trinca, formando uma fase monoclínica, resultando na expansão do volume, formando assim uma tensão compressiva na trinca, evitando propagação de fissuras e fortalecimento da fissura. Além disso, as condições externas (tais como choque laser, tenacidade à fratura por fadiga, baixa temperatura, tamanho e conteúdo do grão, energia de transformação crítica, etc.) têm uma grande influência na tenacidade por transformação de fase de cerâmicas de zircônia. Se a transformação de fase produzir grande tensão e alterações de volume, o produto será fácil de quebrar. Portanto, durante o processo de produção, deve-se evitar a influência de fatores externos na transformação de fase e no endurecimento das cerâmicas de zircônia.
2. Endurecimento de Partículas
O endurecimento de partículas refere-se ao uso de partículas como agentes de endurecimento e adicionadas ao pó cerâmico de ZrO2. Embora o efeito não seja tão bom quanto bigodes e fibras, se o tipo de partícula, tamanho de partícula, conteúdo e material da matriz forem selecionados corretamente, ainda haverá um certo efeito de tenacidade. Sua vantagem é que é simples e fácil de implementar, e o endurecimento trará a melhoria da resistência a altas temperaturas e desempenho de fluência em altas temperaturas. O mecanismo de endurecimento de endurecimento de partículas inclui principalmente o refino dos grãos da matriz e o torneamento de trincas e a bifurcação.
3. Endurecimento da fibra
O princípio de endurecimento da fibra e do whisker é que o cristal próximo à ponta da trinca é submetido a uma tensão de fechamento devido à deformação, que compensa a tensão externa na ponta da trinca, embota a propagação da trinca e desempenha um papel de enrijecimento. Além disso, quando o cristal colunar da trinca é expandido, a força de atrito deve ser superada quando o cristal colunar é puxado e também desempenha um papel no endurecimento.
4. Autotensificação
Devido à existência de cristais colunares nas cerâmicas de zircônia, as trincas serão desviadas durante o processo de fratura da cerâmica de zircônia, o que mudará e aumentará o caminho de propagação da trinca, de modo que a passivação das trincas aumenta a resistência à propagação da trinca e atinge o objetivo de endurecimento.
5. Toughening por difusão
O endurecimento por dispersão refere-se principalmente ao endurecimento da matriz cerâmica pelas partículas tetragonais de ZrO2. Além do mecanismo de endurecimento por transformação de fase, há também o mecanismo de endurecimento por dispersão das partículas da segunda fase. Antes da propagação da trinca, a energia de deformação residual interna da própria cerâmica deve ser superada primeiro, de modo a atingir o objetivo de têmpera.
6. Toughening Micro-crack
O endurecimento de microfissuras refere-se à adição de materiais dúcteis na ponta de tensão de fissura para produzir microfissuras para atingir o objetivo de dispersar a tensão, reduzindo a força motriz das fissuras e aumentando a tenacidade do material. Quando o material passa por uma transição de fase, geralmente resulta em efeitos de energia de deformação residual e microfissuras. Portanto, o efeito da tenacidade de transição de fase é significativo.
7. Tensão Composto
O endurecimento de compósito refere-se ao uso simultâneo de vários mecanismos de endurecimento no processo de endurecimento da cerâmica de ZrO2, melhorando assim o efeito de endurecimento da cerâmica de ZrO2. No processo de aplicação real, o mecanismo de endurecimento específico é selecionado de acordo com as diferentes propriedades do material cerâmico de zircônia a ser preparado.
