Endurecimiento por transformación de fase
Principio: La fase tetragonal metaestable (t-ZrO₂) sufre una transformación de fase sin difusión bajo el campo de tensión en la punta de la grieta, transformándose en la fase monoclínica (m-ZrO₂), acompañada de aproximadamente un 4%-5% de expansión de volumen. Esta expansión genera tensión de compresión en la punta de la grieta, compensando parte de la tensión externa y dificultando la propagación de la grieta.
Características: Efecto endurecedor significativo; Este es el mecanismo de endurecimiento más importante para las cerámicas de circonio, pero las condiciones de transformación de fase (como la temperatura y el campo de tensión) deben controlarse para evitar una transformación de fase excesiva que provoque fallas en el material.
Endurecimiento de partículas
Principio: Se añaden partículas de alta-resistencia y alto-módulo elástico- (como Al₂O₃, SiC, etc.) como agentes endurecedores al polvo cerámico de ZrO₂. Las partículas se endurecen mediante los siguientes mecanismos:
* Deflexión de grietas: las partículas dificultan la propagación recta de las grietas, lo que hace que eviten las partículas y formen un camino más largo.
* Puenteo de grietas: Las partículas conectan ambos lados de la grieta, soportando parte de la carga y reduciendo la concentración de tensiones en la punta de la grieta.
Características: Proceso simple, bajo costo, pero el efecto endurecedor es más débil que el de los bigotes o las fibras, lo que requiere optimización del tipo de partícula, el tamaño de partícula (generalmente nivel submicrónico) y el contenido (generalmente menos del 20%).
Endurecimiento de la fibra
Principio: Las fibras (como las fibras de carbono y las fibras de SiC) se endurecen mediante los siguientes mecanismos:
* Puenteo de grietas: Las fibras atraviesan las grietas, soportando esfuerzos de tracción y evitando la propagación de las grietas.
* Efecto-de extracción: las fibras consumen energía cuando se extraen de la matriz, lo que aumenta el trabajo de fractura.
* Deflexión de la grieta: Las fibras provocan un cambio en la dirección de propagación de la grieta, aumentando la longitud del camino.
Características: El efecto de endurecimiento es mejor que el de las partículas, pero la uniformidad de la dispersión de las fibras y la fuerza de la unión interfacial necesitan un control estricto, lo que genera un mayor costo.
Auto-endurecimiento
Principio: Al controlar el proceso de sinterización de la cerámica de circonio, se forman cristales columnares o granos largos dentro del material. Durante la fractura, la grieta se propaga a lo largo de los límites de los granos, desviándose al encontrar cristales columnares, aumentando la trayectoria de propagación y consumiendo más energía.