לקרמיקה של זירקוניה תכונות פיסיקליות וכימיות ייחודיות, כגון קשיות גבוהה, מוליכות תרמית נמוכה, נקודת התכה גבוהה, עמידות בפני טמפרטורה גבוהה וקורוזיה, אינרטיות כימית ותכונות אמפוטריות, ויישומיהן בקרמיקה אלקטרונית, קרמיקה פונקציונלית וקרמיקה מבנית התפתחו במהירות . כחומר קרמי טכני מיוחד, יש לו סיכויי יישום רחבים בתחומי הייטק כגון אלקטרוניקה, תעופה וחלל, תעופה ותעשייה גרעינית. עם זאת, החסרונות הקטלניים של חומרים קרמיים מזירקוניה הם שבירות, אמינות נמוכה וחוזרות חוזרות. ליקויים אלה השפיעו קשות על היקף יישומה. רק על ידי שיפור קשיחות השברים של קרמיקה בזירקוניה, מימוש חיזוק והקשחת החומרים ושיפור האמינות וחיי השירות שלה, קרמיקה של זירקוניה יכולה להפוך לחומר חדש בשימוש נרחב. לכן, הטכנולוגיה המחמירה של קרמיקה בזירקוניה הייתה תמיד מוקדי מחקר קרמיים. כיום, שיטות הקשחת קרמיקה כוללות בעיקר: הקשחת שינוי פאזה, הקשחת חלקיקים, הקשחת סיבים, הקשחה עצמית, הקשחת פיזור, הקשחה סינרגטית, הקשחת ננו וכו '.
1. הקשחת שינוי שלב
הקשחת טרנספורמציה של שלב פירושה שהשלב הטטרגונלי יציב meta t-ZrO2 עובר טרנספורמציה פאזה תחת פעולת שדה המתח בקצה הסדק, ויוצר שלב מונוקליני, וכתוצאה מכך הרחבת נפח, ובכך יוצר מתח דחיסה על הסדק, מונע התפשטות סדק, וחיזוק הסדק. בנוסף, לתנאים חיצוניים (כגון הלם לייזר, קשיחות של שבר עייפות, טמפרטורה נמוכה, גודל גרגר ותכולה, אנרגיית טרנספורמציה קריטית וכו ') יש השפעה רבה על הקשחת הטרנספורמציה הפאזה של קרמיקה בזירקוניה. אם טרנספורמציה הפאזה מייצרת שינויים במתח ונפח גדולים, קל לשבור את המוצר. לכן, במהלך תהליך הייצור, יש להימנע מהשפעת גורמים חיצוניים על טרנספורמציה הפאזה והקשחת קרמיקה של זירקוניה.
2. הקשחת חלקיקים
הקשחת חלקיקים מתייחסת לשימוש בחלקיקים כסוכני הקשחה ומוסיפים לאבקת קרמיקה ZrO2. למרות שההשפעה לא טובה כמו שפם וסיבים, אם סוג החלקיקים, גודל החלקיקים, התוכן וחומר המטריצה נבחרים כראוי, עדיין יש אפקט קשיחות מסוים. יתרונו בכך שהוא פשוט וקל ליישום, וההקשחה תביא לשיפור חוזק הטמפרטורה הגבוהה וביצועי הזחילה בטמפרטורות גבוהות. מנגנון ההתקשות של הקשחת החלקיקים כולל בעיקר זיקוק גרגרי המטריצה והפכת סדקים והתפצלויות.
3. הקשחת סיבים
העיקרון של הקשחת סיבים וזיפים הוא שהגביש הקרוב לקצה הסדק נתון למתח סגירה עקב דפורמציה, שמקזזת את המתח החיצוני בקצה הסדק, בוטה את התפשטות הסדקים וממלאת תפקיד מחמיר. בנוסף, כאשר גביש עמוד הסדק יורחב, יש להתגבר על כוח החיכוך כאשר הגביש העמודי נשלף החוצה, והוא גם ישחק תפקיד בהקשחה.
4. הקשחה עצמית
בשל קיומם של גבישים עמודים בקרמיקה בזירקוניה, סדקים יופנו במהלך תהליך השבר של קרמיקה זירקוניה, אשר ישתנו ויגדילו את דרך התפשטות הסדקים, כך שהפסיבציה של סדקים תגדיל את ההתנגדות להתפשטות הסדקים ותשיג את המטרה של הקשחה.
5. הקשחת דיפוזיה
התקשות הפיזור מתייחסת בעיקר להקשחת המטריצה הקרמית על ידי חלקיקי ה- ZrO2 הטטרגונליים. בנוסף למנגנון הקשחת טרנספורמציה פאזה, קיים גם מנגנון הקשחת הפיזור של חלקיקי השלב השני. לפני התפשטות הסדק, יש להתגבר תחילה על אנרגיית המתיחה השיירית הפנימית של הקרמיקה עצמה, על מנת להשיג את מטרת ההתקשות.
6. הקשחת מיקרו סדק
הקשחת מיקרו-סדק מתייחסת לתוספת של חומרים רקיעים בקצה מתח הסדק לייצור מיקרו-סדקים במטרה להשיג את פיזור המתח, הפחתת הכוח המניע של הסדקים והגברת קשיחות החומר. כאשר החומר עובר שלב פאזות, הוא גורם לעיתים להשפעות אנרגיה שיורית של זן ולמיקרו -סדקים. לכן ההשפעה של הקשחת מעבר שלב היא משמעותית.
7. הקשחת מתחם
הקשחה מורכבת מתייחסת לשימוש בו זמנית במספר מנגנוני הקשחה בתהליך ההקשחה בפועל של קרמיקה ZrO2, ובכך משפרת את האפקט המחמיר של קרמיקה ZrO2. בתהליך היישום בפועל, מנגנון ההקשחה הספציפי נבחר בהתאם למאפיינים השונים של החומר הקרמי של זירקוניה להכנה.
