Zirconia thường có ba dạng tinh thể: ZrO đơn nghiêng2(m-ZrO2), zirconia tứ phương (t-ZrO2) và khối ZrO2(c-ZrO2). Dưới 1170 độ là nhiệt độ ổn định của m-ZrO2, và khối lượng riêng của nó là 5,68g cm-3; 1170 độ đến 2370 độ là phạm vi ổn định của t-ZrO2, và khối lượng riêng của nó là 6,10g cm-3; 2370 độ đến 2680 độ là phạm vi ổn định của c-ZrO2có khối lượng riêng là 6,27g·cm-3. Do những thay đổi của điều kiện bên ngoài, các dạng tinh thể của zirconia có thể chuyển hóa lẫn nhau. Ở 1100~1200 độ, m-ZrO2sẽ được chuyển đổi thành t-ZrO2; t-ZrO2 sẽ chuyển hóa thành c-ZrO2ở khoảng 2370 độ; Sự hình thành các hạt nhân rất khó khăn, dẫn đến nhiệt độ chuyển đổi bị trễ và nó thường được chuyển đổi thành m-ZrO2ở 850 ~ 1000 độ. Mối quan hệ giữa ZrO2chuyển đổi tinh thể được thể hiện dưới dạng: m-ZrO2t-ZrO2c-ZrO2dung dịch.
Cường lực Zirconia trong vật liệu chịu lửa
Thêm ZrO2để cải thiện hiệu suất của vật liệu chịu lửa ban đầu, đặc biệt là để cải thiện độ ổn định sốc nhiệt của nó, không thể tách rời tác dụng làm cứng của ZrO2. Có nhiều giả thuyết về cơ chế hóa rắn của ZrO2, và những điều sau đây hiện đang được công nhận.
1. Cường hóa biến đổi pha do ứng suất gây ra
ZrO2trong nền vật liệu chịu lửa sẽ tồn tại ở dạng t-ZrO2ở nhiệt độ nung; khi để nguội sẽ chuyển thành m-ZrO2, đi kèm với việc mở rộng khối lượng 7 phần trăm . Nhưng bị hạn chế bởi ma trận xung quanh, nhiệt độ chuyển tiếp từ t-ZrO2thành m-ZrO2giọt. Bằng cách thực hiện thay đổi này trong các thuộc tính của ma trận, t-ZrO2có thể được duy trì ở nhiệt độ phòng. Quá trình chuyển đổi từ t-ZrO2thành m-ZrO2chỉ được kích hoạt khi ma trận xung quanh ZrO2giảm hiệu ứng giam cầm của nó do ngoại lực. Năng lượng bên ngoài được tiêu thụ do sự biến đổi pha, để đạt được độ cứng của vật liệu.
2. Làm cứng vết nứt nhỏ
Trong vật liệu composite chứa ZrO2, nếu kích thước hạt của t-ZrO2lớn hơn đường kính tới hạn, sự giãn nở thể tích được tạo ra khi t-ZrO2biến đổi thành m-ZrO2sẽ gây ra nhiều vết nứt nhỏ gần m-ZrO2. Khi vết nứt chính chịu ứng suất nhiệt hoặc các lực bên ngoài khác, một phần năng lượng sẽ bị tiêu hao khi gặp các vết nứt nhỏ này, điều này sẽ làm tăng năng lượng cần thiết để vết nứt chính mở rộng đến một mức độ nhất định, từ đó đạt được độ cứng của vật liệu.
3. Độ võng vết nứt và độ bền uốn
Trong vật liệu nhiều pha, do sự không phù hợp giữa các pha khác nhau, vết nứt chính sẽ bị nghiêng và lệch ở một mức độ nhất định khi đi qua các hạt pha thứ hai, kéo dài khoảng cách lan truyền vết nứt, sẽ tiêu tốn nhiều động lực hơn cho sự lan truyền vết nứt. , để đạt được hiệu quả làm cứng vật liệu. Cơ chế cường lực của zirconia rất phức tạp, nhưng chắc chắn rằng vật liệu cường lực zirconia ít nhất là kết quả của tác động đồng thời của hai cơ chế cường lực khác nhau ở trên.
