Types et caractéristiques des céramiques renforcées à la zircone
Sur la base de l'effet de durcissement par transformation de phase de la zircone tétragonale métastable sous induction de contrainte, les céramiques de durcissement par transformation de phase de zircone comprennent principalementZircone polycristalline tétragonale (TZP),Zircone partiellement stabilisée (PSZ)), etCéramique renforcée à la zircone (ZTC).
Céramique polycristalline de zircone tétragonale (TZP)
Lorsqu'une quantité appropriée de stabilisant est ajoutée à la zircone, elle préserve la phase t-ZrO₂ dans un état métastable à température ambiante. La microstructure est caractérisée par de fins grains de zircone tétragonaux formant la majorité du matériau, connus sous le nom de zircone polycristalline tétragonale (TZP). Ces céramiques sont généralement frittées dans la zone tétragonale monophasée, évitant la transformation de phase pendant le refroidissement et conservant la majeure partie ou la totalité de la phase tétragonale à température ambiante. La teneur en zircone tétragonale dans le corps fritté dépend de la taille et de la densité des grains, qui sont contrôlées par la température de frittage et le temps de maintien. Les matériaux TZP courants comprennent le Y-TZP (stabilisé à l'yttrium) et le Ce-TZP (stabilisé au cérium).
Céramiques en zircone partiellement stabilisées (PSZ)
Lorsque la quantité de stabilisant dans la zircone tombe dans une plage spécifique, la phase cubique hautement stable (c-ZrO₂) peut subir un traitement de vieillissement à une température appropriée, ce qui provoque la précipitation de nombreux petits grains tétragonaux fusiformes à partir de gros grains cubiques. Il en résulte une structure à deux phases comprenant des phases cubique et tétragonale. La phase cubique reste stable, tandis que la phase tétragonale est métastable et persiste à température ambiante. Sous contrainte externe, la transformation de phase t→m induite, accompagnée d'une expansion volumétrique, dissipe une partie de l'énergie et contrecarre les forces externes, ce qui produit des effets de durcissement. Ces céramiques sont appelées zircone partiellement stabilisée (PSZ).
Les céramiques PSZ sont généralement frittées dans la zone de solution solide cubique, formant une matrice de phase cubique uniforme. Le refroidissement ultérieur induit la précipitation uniforme de grains tétragonaux fins entre les grains de phase cubique. Lorsque les grains tétragonaux atteignent leur taille critique, l'effet de durcissement est maximisé. La morphologie et la taille de ces grains tétragonaux peuvent être contrôlées pendant la production grâce à des ajustements de la température et de la durée du traitement thermique. Les céramiques PSZ courantes comprennent la MgO-PSZ (zircone partiellement stabilisée à la magnésie) et la CaO-PSZ (zircone partiellement stabilisée à la chaux).
Céramique renforcée à la zircone (ZTC)
Composants en céramique ZTA à base d'alumine renforcée à la zircone
Si une certaine quantité de zircone tétragonale est ajoutée à un autre type de matrice céramique et dispersée uniformément à l'intérieur, le mécanisme de durcissement par transformation de phase de la zircone améliore considérablement la ténacité de la céramique. De tels matériaux sont appelés céramiques renforcées à la zircone (ZTC). Les matériaux ZTC courants comprennentAlumine renforcée à la zircone (ZTA)et mullite renforcée en zircone (ZTM).
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