افزايش تافنس از طريق تغييرات فازي زيرکونيا
در ابتداي اين مقاله توضيحات کاملي در مورد تغييرات فازي زيرکونيا با دما صحبت کرديم. در ادامه به بيان روش هاي استفاده از اين مکانيزم ها در افزايش تافنس مي پردازيم.
براي افزايش تافنس از طريق تغييرات فازي زيرکونيا روش هايي وجود دارد که سه روش از آنها عبارتست از
1) ايجاد ترک هاي مويي (Micro cracking)
2) القاء و ايجاد تنش (Stress induced)
3) تحت فشار قرار دادن لايه هاي سطحي (Compressive Surface Layers)
1) ايجاد ترک هاي مويي
دراين روش از ذرات زيرکونياي تثبيت نشده درفازي سراميکي استفاده مي کنيم. در واقع ذرات تثبيت نشده در زمينه اي از يک سراميک پايدار مانند آلومينا قرار مي گيرد. ذرات زيرکونياي مورد استفاده قابليت تغيير فاز دارند. که در هنگام سرد شدن بدنه ي اصلي، تغير فاز تتراگونال به مونو کلينيک رخ مي دهد. اين تغيير فاز باعث پديد آمدن انبساطي مي شود که اين انبساط ترک هاي بسيار ريزي در زمينه بوجودمي آورد. البته اندازه ي اين ترک ها درحدي نيست که قطعه بشکند. عوامل مؤثر در هنگام پديدآمدن اين ترک هاي ريز عبارتند از :
الف) درصد زيرکونياي پودري
ب) اندازه ي ذرات زيرکونيايي
و.....
استحکام قطعه ي توليدي به روش بالا افزايش مي يابد. در واقع اگر در بدنه ي داراي ترک هاي مويي ايجاد ترکي بزرگ شود، با پخش شدن نيروي ترک درهنگام برخورد با ترک هاي مويي، استحکام بالا مي رود.
براي آنکه بدنه ي توليدي با اين استحکام مناسب را داشته باشد بايد توزيع ذرات نيز درست انجام شود. توزيع نامناسب باعث رسيدن ميکروترک ها به همديگر وشکسته شدن قطعه مي شوند.
همچنين اندازه ي ذرات نيز بايد در حدي معين باشند. اگر ذرات ما از يک حدي بزرگتر باشند. تنش هاي بيشتري ايجاد مي شود. وترک ها ديگر ريز نخواهند بود. که اين ترک ها بسيار خطرناک هستند. اگرذرات ما از يک حدي کوچکتر باشند نيروي وارده از طرف زمينه برذرات بيشتر بوده وتغيير فاز اتفاق نمي افتد.
2) القا وايجاد تنش
اين روش نيز شباهت بسيار زيادي به روش بالا دارد. در واقع روش القا و ايجاد تنش حالتي خاص از روش ايجاد تنش هاي مويي است. ذرات به کار برده در روش القاوايجاد تنش از حد بحراني کوچکترند وازاين رو درحين سردکردن قطعه نمي توانند تغيير فاز دهند. ساختار بدنه ي توليدي به روش القا و ايجاد تنش از زمينه اي سراميکي به همراه ذرات زير کونيايي هستند که در فاز تتراگونال قرار دارند.علت عدم تبديلي شدن آنها به فاز مونوکلينيک اين است که اين ذرات نتوانسته اند. بر نيروي وارد برآنها از طرف زمينه غلبه کرده وزمينه را ترک دهند. اما هر لحظه که نيروي وارده برآنها برداشته شود فرايند تغيير فازي اتفاق مي افتد. درهنگام پديد آمدن يک ترک توسط نيروي خارجي نيز همين مسئله اتفاق مي افتد وتغيير فازي اتفاق مي افتد . ذره با تغيير فازي انبساط يافته ونوک ترک را مي بندد ورشد ترک متوقف مي شود. استحاله ي اتفاق افتاده دراين فرايند از نوع استحاله هاي مارتنزيتي است.
3) تحت فشار قرار دادن لايه هاي سطحي
اين روش نيز شبيه به فرآيند القا وايجاد تنش است. با اين تفاوت که با انجام عملياتي تغيير فاز تتراگونال به مونوکلينک تنها در سطح قطعه اتفاق مي افتد. يعني ذرات زيرکونيا در بدنه وارد مي شوند. ودرتمام بدنه توزيع مي شوند. وپس از شکل دهي بدنه عمليات زينترينگ انجام مي شود. وبه خاطر اينکه اندازه ي ذرات زير کونيا ازحد بحراني کوچکتر است. درحالت سردکردن تبديل تتراگونال به مونوکلينيک اتفاق نمي افتد. پس از اين مرحله با انجام فرآيندي مانند پوليش کردن اين تغيير فاز در لايه هاي سطحي انجام مي شود. عمق اين لايه ها مي تواند از 10 الي 100 ميکرون باشد.دراين حالت ريز ساختار بدين صورت است . که يک زمينه ي سراميکي پايدار داريم که توزيعي از ذرات زيرکونياي تتراگونال درعمق قرار دارند. ودرسطح نيز به خاطر پديد آمدن استحاله ي تتراگونال به مونوکلينيک ترک هايي مويي پديد آمده است. اين مکانيزم ترک هاي بوجود آمده در سطح را کنترل کرده و از گسترش سريع ترک در ساختار جلوگيري مي کنند (بيشتر ترک ها در بدنه ي سراميکي که باعث شکستن قطعه مي شود از سطح شروع مي شوند.
از روش هاي اشاره شده در بالا ، روش ايجاد ترک هاي مويي روشي ساده وعملي است. در واقع دو روش بعدي روش هايي ساده نيستند ودستيابي به آنها به فاکتورهاي متنوعي بستگي دارد.
منبع:ترجمه شده از تعدادي از منابع لاتين مانند : AZOM.COM