לזירקוניה יש בדרך כלל שלוש צורות גבישיות: ZrO מונוקלינית2(m-ZrO2), זירקוניה טטראגונלית (t-ZrO2) ו-ZrO מעוקב2(c-ZrO2). מתחת ל-1170 מעלות הטמפרטורה היציבה של m-ZrO2, וצפיפותו היא 5.68 גרם ס"מ-3; 1170 מעלות עד 2370 מעלות הוא הטווח היציב של t-ZrO2, וצפיפותו היא 6.10 גרם ס"מ-3; 2370 מעלות עד 2680 מעלות הוא הטווח היציב של c-ZrO2בעל צפיפות של 6.27g·cm-3. עקב שינויים בתנאים החיצוניים, צורות הגבישיות של זירקוניה יכולות להפוך זו לזו. ב-1100~1200 מעלות, m-ZrO2יהפוך ל-t-ZrO2; t-ZrO2 יהפוך ל-c-ZrO2בערך 2370 מעלות; היווצרות גרעינים קשה, וכתוצאה מכך פיגור בטמפרטורת הטרנספורמציה, ובדרך כלל היא הופכת ל-m-ZrO2ב 850 ~ 1000 מעלות. הקשר בין ZrO2טרנספורמציה של גביש מתבטאת כך: m-ZrO2t-ZrO2c-ZrO2פִּתָרוֹן.
הקשחת זירקוניה בחומרי עקשן
הוספת ZrO2כדי לשפר את הביצועים של החומר העקשן המקורי, במיוחד כדי לשפר את יציבות ההלם התרמית שלו, הוא בלתי נפרד מההשפעה המחמירה של ZrO2. ישנן תיאוריות רבות לגבי מנגנון ההקשחה של ZrO2, והבאים מוכרים כעת.
1. התקשות שלב טרנספורמציה הנגרמת על ידי מתח
ZrO2במטריצת עקשן תתקיים בצורה של t-ZrO2בטמפרטורת השריפה; כאשר יתקרר, הוא יהפוך ל-m-ZrO2, מלווה בהרחבת נפח של 7 אחוזים . אבל מוגבל על ידי המטריצה שמסביב, טמפרטורת המעבר מ-t-ZrO2ל-m-ZrO2טיפות. על ידי ביצוע שינוי זה במאפייני המטריצה, t-ZrO2ניתן לשמור על טמפרטורת החדר. המעבר מ-t-ZrO2ל-m-ZrO2מופעל רק כאשר המטריצה סביב ZrO2מקטין את השפעת הכליאה שלו בגלל כוח חיצוני. האנרגיה החיצונית נצרכת עקב טרנספורמציה הפאזית, כדי להשיג את התקשות החומר.
2. התקשות Microcrack
בחומר המרוכב המכיל ZrO2, אם גודל החלקיקים של t-ZrO2גדול מהקוטר הקריטי, הרחבת הנפח שנוצרת כאשר t-ZrO2הופך ל-m-ZrO2יגרום ליותר סדקים בקרבת m-ZrO2. כאשר הסדק הראשי נתון ללחץ תרמי או לכוחות חיצוניים אחרים, חלק מהאנרגיה תצרך בעת מפגש עם מיקרו סדקים אלו, מה שיגדיל את האנרגיה הנדרשת להרחבת הסדק הראשי במידה מסוימת, ובכך ישיג התקשות של החומר.
3. סטיית סדקים והתקשות כיפוף
בחומרים רב-פאזיים, בשל חוסר ההתאמה בין השלבים השונים, הסדק הראשי יהיה משופע ויוטה במידה מסוימת במעבר מסביב לחלקיקי השלב השני, מה שמאריך את מרחק התפשטות הסדק, שיצרוך יותר כוח מניע הנדרש להתפשטות הסדקים. , כדי להשיג את האפקט המחזק על החומר. מנגנון ההקשחה של הזירקוניה הוא מאוד מסובך, אך בטוח שהחומר הקשוחה של הזירקוניה הוא לפחות תוצאה של פעולה בו-זמנית של שני מנגנוני ההקשחה השונים הנ"ל.
