변태 강인화의 뜻
부분 안정화 지르코니아에서 균열 선단의 응력으로 정방정이 단사정으로 변태하고, 그 부피 팽창이 균열을 닫아 인성을 높이는 기구.
일본어 명칭: 変態強化
‘변태 강인화’ 관련 연습 문제는 2개 분야에 2문제가 있습니다(세라믹스·유리, 생체 재료 등).
이 용어의 분야: 세라믹스·유리
변태 강인화 연습 문제에 도전
부분 안정화 지르코니아가 높은 파괴 인성을 나타내는 주된 이유는 무엇인가?
- A균열 선단의 인장 응력으로 단사정이 정방정으로 변태하고, 약 4%의 부피 수축으로 응력이 완화되기 때문
- B입계에 남은 유리상이 고온에서 점성 유동을 일으켜 균열 선단이 둔화되고 응력 집중이 완화되기 때문
- C준안정한 정방정이 균열 선단에서 단사정으로 변태하고, 그 부피 팽창이 균열을 압축하기 때문
정답과 해설 보기
정답: C. 준안정한 정방정이 균열 선단에서 단사정으로 변태하고, 그 부피 팽창이 균열을 압축하기 때문
부분 안정화 지르코니아에서는 본래 저온에서 단사정이 되어야 할 정방정 입자가 주위의 구속에 의해 준안정하게 유지되고 있습니다. 균열이 진행되면 그 선단의 인장 응력에 의해 정방정이 단사정으로 마르텐사이트적으로 변태하여 약 4%의 부피 팽창을 일으킵니다. 이 팽창이 균열 주위에 압축 응력을 만들어 균열을 닫는 방향으로 작용하므로, 균열을 진전시키는 데 여분의 에너지가 필요해집니다. 이것을 응력 유기 변태 강인화라고 합니다. 변태의 방향과 부피 변화가 반대로 된 설명은 틀립니다. 점성 유동에 의한 둔화는 유리상을 포함하는 재료의 고온에서의 현상입니다.
이트리아 부분 안정화 지르코니아(Y-TZP)로 만든 인공 고관절 골두에서 문제가 된 저온 열화에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
- A수분이 있는 환경에서 표면부터 정방정이 단사정으로 변태하여 부피가 팽창하고, 표면이 거칠어져 강도가 떨어진다
- B체온 정도의 온도에서 정방정이 점차 입방정으로 바뀌어, 균열 선단에서의 변태 강인화가 더 강하게 작용하게 되어 인성이 올라간다
- C체액 속의 염화물 이온에 의해 공식 부식이 일어나 표면에 깊은 구멍이 생긴다
정답과 해설 보기
정답: A. 수분이 있는 환경에서 표면부터 정방정이 단사정으로 변태하여 부피가 팽창하고, 표면이 거칠어져 강도가 떨어진다
Y-TZP는 준안정한 정방정 입자가 균열 선단의 응력으로 단사정으로 변태하여 팽창하는 변태 강인화에 의해 높은 인성을 가집니다. 그런데 수분이 있는 환경에서는 체온 정도의 낮은 온도에서도 표면부터 정방정→단사정 변태가 천천히 진행됩니다. 약 4%의 부피 팽창으로 표면에 미세 균열이나 입자 탈락이 생기고, 표면이 거칠어져 강도와 내마모성이 떨어집니다. 이것이 저온 열화(수열 열화)로, 제조 조건에 따라 변태가 가속되어 인공 골두의 파손이 문제가 된 적이 있습니다. 그래서 알루미나와 지르코니아의 복합재료 등이 개발되고 있습니다. 입방정으로의 변태는 저온에서는 일어나지 않으며, 변태 강인화를 강화하는 것도 아닙니다. 공식 부식은 금속의 부동태 피막이 국부적으로 파괴되는 부식으로, 산화물 세라믹스의 열화 메커니즘이 아닙니다.
해설 속의 ‘변태 강인화’
이것을 응력 유기 변태 강인화라고 합니다.
부분 안정화 지르코니아가 높은 파괴 인성을 나타내는 주된 이유는 무엇인가?Y-TZP는 준안정한 정방정 입자가 균열 선단의 응력으로 단사정으로 변태하여 팽창하는 변태 강인화에 의해 높은 인성을 가집니다.
이트리아 부분 안정화 지르코니아(Y-TZP)로 만든 인공 고관절 골두에서 문제가 된 저온 열화에 대한 설명…