Fasetransformasjonsherding
Prinsipp: Den metastabile tetragonale fasen (t-ZrO₂) gjennomgår en diffusjonsfri fasetransformasjon under spenningsfeltet ved sprekkspissen, og transformeres til den monokliniske fasen (m-ZrO₂), ledsaget av ca. 4%-5% volumekspansjon. Denne utvidelsen genererer trykkspenning ved sprekkspissen, og oppveier noe av den ytre spenningen og hindrer sprekkforplantning.
Egenskaper: Betydelig herdende effekt; dette er den viktigste herdemekanismen for zirkoniumkeramikk, men fasetransformasjonsforhold (som temperatur og spenningsfelt) må kontrolleres for å unngå overdreven fasetransformasjon som fører til materialfeil.
Partikkelherding
Prinsipp: Partikler med høy-styrke og høy-elastisk-modul (som Al₂O₃, SiC, etc.) tilsettes som herdemidler til ZrO₂-keramisk pulver. Partiklene stivner gjennom følgende mekanismer:
* Sprekkeavbøyning: Partikler hindrer den rette forplantningen av sprekker, noe som får dem til å omgå partiklene og danne en lengre bane.
* Sprekkebro: Partikler forbinder begge sider av sprekken, bærer en del av belastningen og reduserer spenningskonsentrasjonen ved sprekkspissen.
Egenskaper: Enkel prosess, lav kostnad, men den herdeeffekten er svakere enn værhår eller fibre, og krever optimalisering av partikkeltype, partikkelstørrelse (vanligvis submikronnivå) og innhold (vanligvis mindre enn 20%).
Fiberherding
Prinsipp: Fibre (som karbonfibre, SiC-fibre) herdes gjennom følgende mekanismer:
* Sprekkebro: Fibre krysser sprekker, bærer strekkspenninger og forhindrer sprekkforplantning.
* Uttrekkseffekt-: Fibre bruker energi når de trekkes ut av matrisen, noe som øker bruddarbeidet.
* Sprekkavbøyning: Fibre forårsaker en endring i sprekkforplantningsretningen, og øker banelengden.
Egenskaper: Herdeeffekten er bedre enn partikler, men fiberdispersjonsuniformitet og grenseflatebindingsstyrke krever streng kontroll, noe som resulterer i høyere kostnader.
Selv-herdende
Prinsipp: Ved å kontrollere sintringsprosessen av zirkoniakeramikk dannes søylekrystaller eller lange korn inne i materialet. Under brudd forplanter sprekken seg langs korngrensene, avbøyes når den møter søylekrystaller, øker forplantningsbanen og forbruker mer energi.