Keramik und Glas
Was ist der Hauptgrund für die hohe Bruchzähigkeit von teilstabilisiertem Zirkonoxid?
- ADie Zugspannung an der Rissspitze wandelt monoklin in tetragonal um, und die Volumenabnahme von etwa 4 % baut die Spannung ab
- BDie an den Korngrenzen verbliebene Glasphase fließt bei hoher Temperatur viskos, rundet die Rissspitze ab und mildert die Spannungskonzentration
- CMetastabile tetragonale Körner wandeln an der Rissspitze in monoklin um, und ihre Volumenzunahme drückt den Riss zusammen
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Lösung: C. Metastabile tetragonale Körner wandeln an der Rissspitze in monoklin um, und ihre Volumenzunahme drückt den Riss zusammen
In teilstabilisiertem Zirkonoxid werden tetragonale Teilchen, die bei niedriger Temperatur eigentlich monoklin würden, dank der Behinderung durch ihre Umgebung metastabil gehalten. Wächst ein Riss, wandelt die Zugspannung an seiner Spitze die tetragonale Phase martensitisch in die monokline um, mit einer Volumenzunahme von etwa 4 %. Diese Ausdehnung erzeugt um den Riss Druckspannungen, die ihn zu schließen suchen, sodass für den Rissfortschritt zusätzliche Energie nötig ist. Dies nennt man Umwandlungsverstärkung (spannungsinduzierte Umwandlungsverstärkung). Die Aussage, in der Umwandlungsrichtung und Volumenänderung vertauscht sind, ist falsch. Die Abrundung durch viskoses Fließen ist ein Hochtemperaturphänomen in Werkstoffen mit Glasphase.