ジルコニアセラミックスは、高硬度、低熱伝導率、高融点、高温腐食に対する耐性、化学不活性および熱性特性などの固有の物理的および化学的特性を有し、電子セラミックス、機能性セラミックス、構造セラミックスへの応用が急速に進んでいます。特殊な技術セラミック材料として、エレクトロニクス、航空宇宙、航空、原子力などのハイテク分野で幅広い応用見通しを持っています。しかし、ジルコニアセラミック材料の致命的な欠点は、脆さ、低信頼性、低い再現性です。これらの欠点は、そのアプリケーションの範囲に深刻な影響を与えています。ジルコニアセラミックスの破壊靭性を向上させ、材料の強化と強化を実現し、その信頼性と耐用年数を向上させることによってのみ、ジルコニアセラミックスは本当に広く使用されている新しい材料になることができます。したがって、ジルコニアセラミックスの強化技術は、常にセラミック研究のホットスポットとなっています。現在、セラミック強化法には、主に相変化強化、粒子強化、繊維強化、自己強化、分散強化、相乗強化、ナノ強化などが挙げられる。
1. 相変化の強化
相転移強化とは、メタ安定四角相t-ZrO2が亀裂先端の応力場の作用で相変換を行い、モノレン化相を形成し、体積膨張をもたらし、ひび割れに圧縮応力を形成し、亀裂の伝播を防止し、亀裂を強化することを意味する。また、外的な条件(レーザーショック、疲労破壊靭性、低温、粒径や含有量、臨界変質エネルギーなど)はジルコニアセラミックスの位相変換強化に大きな影響を与えます。位相変換によって大きな応力や体積変化が生じる場合、製品は容易に破損します。したがって、製造工程中、ジルコニアセラミックスの相転移や強化に対する外部要因の影響は避けるべきである。
2. 粒子強化
粒子強化とは、粒子を焼き付け剤として使用し、ZrO2セラミック粉末に添加することをいいます。この効果はウィスカーや繊維ほど良くないが、粒子タイプであれば、粒子径、含有量及びマトリックス材料が適切に選択され、依然として一定の靭性効果がある。その利点は、それが簡単で実装が容易であり、強化は、高温強度と高温クリープ性能の向上をもたらすことです。粒子強化の強化機構には、主にマトリックス粒の精製と亀裂の回転と分岐が含まれます。
3. 繊維強化
繊維とウィスカーの強化の原理は、亀裂先端に近い結晶が変形による閉じ応力を受け、亀裂先端の外部応力を相殺し、亀裂の伝播を鈍らせ、強靭な役割を果たしていることです。また、クラック柱状結晶を膨張させると、柱状結晶を抜く際に摩擦力を克服する必要があり、強化にも役割を果たします。
4. 自己強化
ジルコニアセラミックスに柱状結晶が存在するため、ジルコニアセラミックスの破壊プロセス中に亀裂が偏向し、亀裂の伝播経路が変化し、増加し、亀裂のパッシベーションが亀裂伝播に対する抵抗性を高め、強化の目的を達成します。
5. 拡散強化
分散強化は主に、四元ZrO2粒子によるセラミックマトリックスの強化をいう。また、相変換強化機構に加えて、第2相粒子の分散強化機構もある。亀裂が伝播する前に、セラミック自体の内部残留歪みエネルギーを克服しなければならず、強化の目的を達成する。
6. マイクロクラック強化
マイクロクラック強化とは、応力を分散させ、亀裂の駆動力を低下させ、材料の靭性を高める目的を達成するために、亀裂応力先端に延性材料を添加してマイクロクラックを生成することをいいます。材料が相転移を起こすとき、それはしばしば残留ひずみエネルギー効果およびマイクロクラックをもたらす。従って、相転移強化の効果は顕著である。
7. コンパウンド強化
複合強化とは、ZrO2セラミックスの実際の強化プロセスにおける複数の強化機構の同時使用を意味し、ZrO2セラミックスの強化効果を向上させます。実際の塗布工程では、特定の強化機構が、調製されるジルコニアセラミック材料の異なる特性に応じて選択される。
