Endurecimento por Transformação de Fase
Princípio: A fase tetragonal metaestável (t-ZrO₂) sofre uma transformação de fase sem difusão sob o campo de tensão na ponta da trinca, transformando-se na fase monoclínica (m-ZrO₂), acompanhada por aproximadamente 4% -5% de expansão de volume. Esta expansão gera tensões de compressão na ponta da trinca, compensando algumas das tensões externas e dificultando a propagação da trinca.
Características: Efeito de endurecimento significativo; este é o mecanismo de tenacidade mais importante para a cerâmica de zircônia, mas as condições de transformação de fase (como temperatura e campo de tensão) devem ser controladas para evitar uma transformação de fase excessiva que leve à falha do material.
Endurecimento de Partículas
Princípio: Partículas de alta-resistência e alto módulo-elástico- (como Al₂O₃, SiC, etc.) são adicionadas como agentes de endurecimento ao pó cerâmico de ZrO₂. As partículas endurecem através dos seguintes mecanismos:
* Deflexão de fissuras: As partículas dificultam a propagação direta das fissuras, fazendo com que elas contornem as partículas e formem um caminho mais longo.
* Crack Bridging: Partículas conectam ambos os lados da trinca, suportando parte da carga e reduzindo a concentração de tensão na ponta da trinca.
Características: Processo simples, baixo custo, mas o efeito de endurecimento é mais fraco do que bigodes ou fibras, exigindo otimização do tipo de partícula, tamanho de partícula (geralmente nível submícron) e conteúdo (geralmente inferior a 20%).
Endurecimento de Fibra
Princípio: As fibras (como fibras de carbono, fibras de SiC) endurecem através dos seguintes mecanismos:
* Ponte de fissuras: As fibras atravessam fissuras, suportando tensões de tração e evitando a propagação de fissuras.
* Efeito-de extração: as fibras consomem energia quando são puxadas para fora da matriz, aumentando o trabalho de fratura.
* Deflexão da trinca: As fibras causam uma mudança na direção de propagação da trinca, aumentando o comprimento do caminho.
Características: O efeito de endurecimento é melhor do que as partículas, mas a uniformidade da dispersão da fibra e a força de ligação interfacial precisam de controle rigoroso, resultando em custos mais elevados.
Auto-endurecível
Princípio: Ao controlar o processo de sinterização da cerâmica de zircônia, formam-se cristais colunares ou grãos longos no interior do material. Durante a fratura, a trinca se propaga ao longo dos limites dos grãos, desviando ao encontrar cristais colunares, aumentando o caminho de propagação e consumindo mais energia.