Il existe plusieurs méthodes principales pour améliorer la ténacité des céramiques d'alumine :
1. Renforcement par la zircone : Il s’agit de la méthode de renforcement la plus couramment utilisée. L’ajout d’une quantité appropriée de zircone (ZrO₂) à l’alumine permet d’améliorer considérablement sa ténacité. Ce renforcement résulte principalement de mécanismes tels que l’affinage de la matrice granulaire de l’alumine, le renforcement par transformation de phase de la zircone, le renforcement par microfissures, ainsi que la direction et la bifurcation des fissures.
2. Renforcement par whiskers et fibres : Les whiskers sont des monocristaux céramiques à rapport d’aspect élevé, dont la longueur est plusieurs fois supérieure à celle des whiskers. Ils peuvent être ajoutés aux céramiques d’alumine pour les renforcer. L’ajout de whiskers ou de fibres permet d’accroître la surface de rupture, c’est-à-dire d’augmenter la longueur du canal de propagation des fissures. Lorsque la fissure atteint les fibres (whiskers), un arrachement, un décollement et une rupture de ces dernières se produisent, absorbant ainsi l’énergie de rupture et améliorant la ténacité de la céramique.
3. Renforcement par particules : L’ajout de particules à module d’élasticité élevé (telles que SiC, TiC, TiN, etc.) aux matériaux à base d’alumine peut provoquer la déviation et la bifurcation des fissures lors de la rupture du matériau, absorbant ainsi l’énergie de fracture et améliorant de ce fait la ténacité. Bien que l’effet de renforcement des particules soit inférieur à celui des whiskers et des fibres, le mélange homogène des matières premières et la densification par frittage sont plus simples et plus faciles à mettre en œuvre que pour les composites à fibres et à whiskers.
4. Auto-renforcement par l'alumine : Les céramiques préparées à partir de poudre d'alumine nanométrique présentent une excellente superplasticité à basse température. Ce nanomatériau améliore la forme et les propriétés des joints de grains des particules céramiques, augmentant ainsi leur ténacité.
5. Introduction de la seconde phase : Introduire la seconde phase dans la matrice de la céramique d’alumine afin qu’elle remplisse les joints de grains. Ceci permet de bloquer la propagation des fissures et d’améliorer ainsi la ténacité à la rupture de la céramique. Par exemple, l’alumine renforcée à la zircone utilise cette méthode.
6. Ajout de germes cristallins d'alumine : L'ajout de germes cristallins d'alumine peut favoriser la croissance anisotrope des grains cristallins et former des grains cristallins lamellaires ou colonnaires, semblables à des whiskers, qui peuvent provoquer une déviation des fissures, un arrachement des grains et un renforcement de la liaison des céramiques.
Ces méthodes peuvent être utilisées seules ou combinées pour améliorer la ténacité des céramiques d'alumine. Le choix précis dépend des performances requises, du coût et des applications possibles.Céramiques d'alumine trempée ZTALes céramiques du fabricant Chemshun peuvent répondre efficacement à vos exigences de ténacité les plus élevées.
Date de publication : 10 mai 2024