Penguatan Transformasi Fase
Prinsip: Fase tetragonal metastabil (t-ZrO₂) mengalami transformasi fase tanpa difusi di bawah medan tegangan di ujung retakan, berubah menjadi fase monoklinik (m-ZrO₂), disertai dengan ekspansi volume sekitar 4%-5%. Ekspansi ini menghasilkan tegangan tekan pada ujung retakan, mengimbangi sebagian tegangan eksternal dan menghambat perambatan retak.
Karakteristik: Efek ketangguhan yang signifikan; ini adalah mekanisme pengerasan yang paling penting untuk keramik zirkonia, namun kondisi transformasi fasa (seperti suhu dan medan tegangan) harus dikontrol untuk menghindari transformasi fasa berlebihan yang menyebabkan kegagalan material.
Pengerasan Partikel
Prinsip: Partikel-kekuatan tinggi, modulus-elastis-tinggi (seperti Al₂O₃, SiC, dll.) ditambahkan sebagai bahan pengeras pada bubuk keramik ZrO₂. Partikel-partikel tersebut menguat melalui mekanisme berikut:
* Lendutan Retak: Partikel menghalangi perambatan lurus retakan, menyebabkan retakan melewati partikel dan membentuk jalur yang lebih panjang.
* Crack Bridging: Partikel menghubungkan kedua sisi retakan, menahan sebagian beban dan mengurangi konsentrasi tegangan pada ujung retakan.
Fitur: Proses sederhana, biaya rendah, tetapi efek ketangguhannya lebih lemah dibandingkan kumis atau serat, memerlukan optimalisasi jenis partikel, ukuran partikel (biasanya tingkat submikron), dan konten (umumnya kurang dari 20%).
Penguatan Serat
Prinsip: Serat (seperti serat karbon, serat SiC) diperkuat melalui mekanisme berikut:
* Penghubung retak: Serat melintasi retakan, menahan tegangan tarik dan mencegah perambatan retak.
* Efek-penarikan keluar: Serat mengonsumsi energi saat ditarik keluar dari matriks, sehingga meningkatkan kerja rekahan.
* Lendutan retak: Serat menyebabkan perubahan arah rambat retak sehingga menambah panjang lintasan.
Fitur: Efek pengerasan lebih baik daripada partikel, tetapi keseragaman dispersi serat dan kekuatan ikatan antar muka memerlukan kontrol yang ketat, sehingga mengakibatkan biaya lebih tinggi.
Diri-Pengerasan
Prinsip: Dengan mengontrol proses sintering keramik zirkonia, kristal berbentuk kolom atau butiran panjang terbentuk di dalam material. Selama perpatahan, retakan merambat sepanjang batas butir, membelok saat bertemu dengan kristal kolumnar, meningkatkan jalur perambatan dan mengonsumsi lebih banyak energi.