การเปลี่ยนเฟสทำให้แกร่งขึ้น
หลักการ: เฟสเตตร้าโกนัลที่แพร่กระจายได้ (t-ZrO₂) ผ่านการเปลี่ยนแปลงเฟสที่ไม่มีการแพร่ภายใต้สนามความเครียดที่ปลายรอยแตกร้าว และเปลี่ยนเป็นเฟสโมโนคลินิก (m-ZrO₂) พร้อมด้วยการขยายปริมาตรประมาณ 4%-5% การขยายตัวนี้ทำให้เกิดแรงอัดที่ปลายรอยแตกร้าว ซึ่งชดเชยความเค้นภายนอกบางส่วนและขัดขวางการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว
ลักษณะเฉพาะ: ผลการแข็งตัวที่สำคัญ; นี่เป็นกลไกการแข็งตัวที่สำคัญที่สุดสำหรับเซรามิกเซอร์โคเนีย แต่ต้องควบคุมสภาวะการเปลี่ยนเฟส (เช่น อุณหภูมิและสนามความเค้น) เพื่อหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนเฟสมากเกินไปจนนำไปสู่ความล้มเหลวของวัสดุ
การแข็งตัวของอนุภาค
หลักการ: อนุภาคโมดูลัส-ความแข็งแรงสูง -ยืดหยุ่น-สูง (เช่น Al₂O₃, SiC ฯลฯ) จะถูกเติมเป็นสารเพิ่มความแกร่งให้กับผงเซรามิก ZrO₂ อนุภาคจะแข็งตัวด้วยกลไกต่อไปนี้:
* การโก่งตัวของรอยแตกร้าว: อนุภาคขัดขวางการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวในแนวตรง ทำให้พวกมันเลี่ยงอนุภาคและสร้างเส้นทางที่ยาวขึ้น
* Crack Bridging: อนุภาคเชื่อมต่อทั้งสองด้านของรอยแตกร้าว โดยมีส่วนรับน้ำหนักและลดความเข้มข้นของความเครียดที่ปลายรอยแตกร้าว
คุณสมบัติ: กระบวนการที่เรียบง่าย ต้นทุนต่ำ แต่ผลการแข็งตัวนั้นน้อยกว่าหนวดหรือเส้นใย โดยต้องมีการปรับประเภทของอนุภาค ขนาดอนุภาค (โดยปกติคือระดับต่ำกว่าไมครอน) และปริมาณ (โดยทั่วไปจะน้อยกว่า 20%)
การแข็งตัวของไฟเบอร์
หลักการ: เส้นใย (เช่น เส้นใยคาร์บอน เส้นใย SiC) แข็งตัวผ่านกลไกต่อไปนี้:
* การเชื่อมรอยแตก: เส้นใยข้ามรอยแตก แบกรับความเครียดแรงดึง และป้องกันการแพร่กระจายของรอยแตก
* ผลการดึงออก-: เส้นใยจะใช้พลังงานเมื่อดึงออกจากเมทริกซ์ ส่งผลให้มีการแตกหักมากขึ้น
* การโก่งตัวของรอยแตกร้าว: เส้นใยทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในทิศทางการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว ทำให้ความยาวของเส้นทางเพิ่มขึ้น
คุณสมบัติ: ผลการแข็งตัวดีกว่าอนุภาค แต่ความสม่ำเสมอของการกระจายตัวของเส้นใยและความแข็งแรงในการยึดเกาะของพื้นผิวจำเป็นต้องมีการควบคุมอย่างเข้มงวด ส่งผลให้ต้นทุนสูงขึ้น
ตนเอง-แข็งแกร่ง
หลักการ: โดยการควบคุมกระบวนการเผาผนึกของเซรามิกเซอร์โคเนีย ผลึกเรียงเป็นแนวหรือเมล็ดยาวจะเกิดขึ้นภายในวัสดุ ในระหว่างการแตกหัก รอยแตกจะแพร่กระจายไปตามขอบเขตของเกรน โดยเบนไปทางผลึกเรียงเป็นแนว ทำให้เส้นทางการแพร่กระจายเพิ่มขึ้นและใช้พลังงานมากขึ้น