Ceramika cyrkonowa ma wyjątkowe właściwości fizyczne i chemiczne, takie jak wysoka twardość, niska przewodność cieplna, wysoka temperatura topnienia, odporność na wysoką temperaturę i korozję, obojętność chemiczna i właściwości amfoteryczne, a ich zastosowania w ceramice elektronicznej, funkcjonalnej i konstrukcyjnej szybko się rozwinęły . Jako specjalny techniczny materiał ceramiczny ma szerokie perspektywy zastosowań w dziedzinach zaawansowanych technologii, takich jak elektronika, lotnictwo, przemysł lotniczy i jądrowy. Jednak fatalnymi wadami materiałów ceramicznych z tlenku cyrkonu są kruchość, niska niezawodność i niska powtarzalność. Te niedociągnięcia poważnie wpłynęły na zakres jego stosowania. Tylko poprzez poprawę odporności na pękanie ceramiki cyrkonowej, uświadomienie sobie wzmocnienia i hartowania materiałów oraz poprawę ich niezawodności i żywotności, ceramika cyrkonowa może stać się naprawdę szeroko stosowanym nowym materiałem. Dlatego technologia hartowania ceramiki cyrkonowej zawsze była gorącymi punktami badań ceramicznych. Obecnie metody hartowania ceramicznego obejmują głównie: hartowanie ze zmianą fazy, hartowanie cząstek, hartowanie włókien, samoutwardzanie, hartowanie dyspersyjne, hartowanie synergiczne, hartowanie nano itp.
1. Hartowanie ze zmianą fazy
Hartowanie przez przemianę fazową oznacza, że metastabilna faza tetragonalna t-ZrO2 ulega przemianie fazowej pod działaniem pola naprężeń na wierzchołku pęknięcia, tworząc fazę jednoskośną, co skutkuje rozszerzeniem objętości, tworząc w ten sposób naprężenie ściskające pęknięcia, zapobiegając propagacja pęknięcia i wzmocnienie pęknięcia. Ponadto warunki zewnętrzne (takie jak uderzenie laserowe, odporność na pękanie zmęczeniowe, niska temperatura, wielkość i zawartość ziarna, energia krytyczna przemiany itp.) mają duży wpływ na hartowanie ceramiki cyrkonowej z przemianami fazowymi. Jeśli przemiana fazowa powoduje duże zmiany naprężeń i objętości, produkt łatwo pęka. Dlatego w procesie produkcyjnym należy unikać wpływu czynników zewnętrznych na przemiany fazowe i hartowanie ceramiki cyrkonowej.
2. Hartowanie cząstek
Hartowanie cząstek odnosi się do stosowania cząstek jako środków hartujących i dodawanych do proszku ceramicznego ZrO2. Chociaż efekt nie jest tak dobry jak wąsy i włókna, jeśli rodzaj cząstek, wielkość cząstek, zawartość i materiał matrycy są odpowiednio dobrane, nadal istnieje pewien efekt twardości. Jego zaletą jest to, że jest prosty i łatwy do wykonania, a hartowanie przyniesie poprawę wytrzymałości w wysokich temperaturach i pełzania w wysokiej temperaturze. Mechanizm hartowania hartowania cząstek obejmuje głównie rozdrabnianie ziaren osnowy oraz toczenie i bifurkację pęknięć.
3. Hartowanie włókien
Zasada hartowania włókien i wiskerów polega na tym, że kryształ w pobliżu wierzchołka pęknięcia jest poddawany naprężeniu zamykającemu w wyniku odkształcenia, które kompensuje naprężenia zewnętrzne na wierzchołku pęknięcia, ogranicza propagację pęknięcia i odgrywa rolę hartującą. Ponadto, gdy pęknięty kolumnowy kryształ rozszerza się, siła tarcia musi zostać pokonana, gdy kolumnowy kryształ jest wyciągany, a także będzie odgrywać rolę w hartowaniu.
4. Samoutwardzalny
Ze względu na występowanie w ceramice cyrkonu kryształów kolumnowych, podczas procesu pękania ceramiki cyrkonowej pęknięcia będą odchylane, co zmieni i zwiększy drogę propagacji pęknięć, dzięki czemu pasywacja pęknięć zwiększa odporność na propagację pęknięć i osiąga zamierzony cel hartowania.
5. Hartowanie dyfuzyjne
Hartowanie dyspersyjne odnosi się głównie do hartowania matrycy ceramicznej przez tetragonalne cząstki ZrO2. Oprócz mechanizmu hartowania z przemianą fazową istnieje również mechanizm hartowania dyspersyjnego cząstek drugiej fazy. Przed propagacją pęknięcia, energia wewnętrznego odkształcenia szczątkowego samej ceramiki musi być najpierw pokonana, aby osiągnąć cel hartowania.
6. Hartowanie mikropęknięć
Hartowanie mikropęknięć odnosi się do dodania materiałów ciągliwych na końcówce naprężenia pęknięcia w celu wytworzenia mikropęknięć w celu rozproszenia naprężeń, zmniejszenia siły napędowej pęknięć i zwiększenia wytrzymałości materiału. Gdy materiał przechodzi przemianę fazową, często skutkuje to efektami energii odkształcenia szczątkowego i mikropęknięciami. Dlatego efekt hartowania przejścia fazowego jest znaczący.
7. Hartowanie złożone
Hartowanie kompozytowe odnosi się do jednoczesnego stosowania kilku mechanizmów hartowania w rzeczywistym procesie hartowania ceramiki ZrO2, poprawiając w ten sposób efekt hartowania ceramiki ZrO2. W rzeczywistym procesie aplikacji specyficzny mechanizm hartowania jest wybierany zgodnie z różnymi właściwościami materiału ceramicznego z tlenku cyrkonu, który ma być przygotowany.
