Faz Dönüşümü Sertleştirme
Prensip: Yarı kararlı tetragonal faz (t-ZrO₂), çatlak ucundaki gerilim alanı altında difüzyonsuz bir faz dönüşümüne uğrayarak monoklinik faza (m-ZrO₂) dönüşür ve buna yaklaşık %4-%5 hacim genişlemesi eşlik eder. Bu genleşme çatlak ucunda basınç gerilimi oluşturarak dış gerilimin bir kısmını dengeler ve çatlağın ilerlemesini engeller.
Özellikleri: Önemli ölçüde sertleştirme etkisi; bu, zirkonya seramikleri için en önemli sertleştirme mekanizmasıdır, ancak malzeme arızasına yol açan aşırı faz dönüşümünü önlemek için faz dönüşüm koşulları (sıcaklık ve stres alanı gibi) kontrol edilmelidir.
Parçacık Sertleştirme
Prensip: Yüksek-mukavemetli, yüksek-elastik-modüllü parçacıklar (Al₂O₃, SiC, vb. gibi) ZrO₂ seramik tozuna sertleştirici maddeler olarak eklenir. Parçacıklar aşağıdaki mekanizmalar yoluyla sertleşir:
* Çatlak Sapması: Parçacıklar çatlakların düz bir şekilde ilerlemesini engelleyerek parçacıkların bypass edilmesine ve daha uzun bir yol oluşturmasına neden olur.
* Çatlak Köprüleme: Parçacıklar çatlağın her iki tarafını birbirine bağlayarak yükün bir kısmını taşır ve çatlak ucundaki gerilim konsantrasyonunu azaltır.
Özellikler: Basit işlem, düşük maliyet, ancak sertleştirme etkisi bıyık veya liflerden daha zayıftır; parçacık tipinin, parçacık boyutunun (genellikle mikron altı seviye) ve içeriğin (genellikle %20'den az) optimizasyonunu gerektirir.
Elyaf Sertleştirme
Prensip: Lifler (karbon lifleri, SiC lifleri gibi) aşağıdaki mekanizmalarla sertleşir:
* Çatlak köprüleme: Lifler çatlakları çaprazlayarak çekme gerilimini taşır ve çatlağın ilerlemesini önler.
* Çekme-etkisi: Lifler matristen çıkarıldığında enerji tüketerek kırılma işini artırır.
* Çatlak sapması: Lifler çatlak yayılma yönünde bir değişikliğe neden olarak yol uzunluğunu arttırır.
Özellikler: Sertleştirme etkisi parçacıklardan daha iyidir, ancak elyaf dağılım tekdüzeliği ve arayüzey bağlanma kuvveti sıkı kontrol gerektirir, bu da daha yüksek maliyete neden olur.
Kendiliğinden-Sertleşen
Prensip: Zirkonya seramiklerinin sinterleme işleminin kontrol edilmesiyle malzeme içinde sütunlu kristaller veya uzun taneler oluşturulur. Kırılma sırasında çatlak, tane sınırları boyunca yayılır, sütunlu kristallerle karşılaştığında yön değiştirir, yayılma yolunu arttırır ve daha fazla enerji tüketir.