علم سرامیک

استحكام دندان مصنوعي

استحکام دندان‌هاي مصنوعي افزايش مي‌يابد 

نانوکامپوزيت آلومينا زيرکونيا، به‌عنوان جايگزيني مناسب براي فلزات و پليمرهاي مورد استفاده در دندان‌ها، ريشه دندان‌ها و استخوان‌هاي تخريب شدۀ فک و ... در دانشگاه علم و صنعت ايران سنتز شد.

مشکل اساسي سراميک‌هايي‌ که جايگزين دندان‌ها، ريشه دندان‌ها، استخوان‌هاي تخريب شده فک و ... مي‌شوند، استحکام و چقرمگي پايين آنها است، لذا سنتز و استفاده از نانوکامپوزيت آلومينا زيرکونيا با توجه به دارا بودن خواص مکانيکي مناسب، ضروري به‌نظر مي‌رسد.

آقاي مهدي ابراهيمي بسابي، يکي از کاربردهاي عمده ديگر اين نانوکامپوزيت را کاربري در ابزارهاي برشي عنوان کرد و افزود: «ابزار برشي تهيه شده از نانوکامپوزيت آلومينا زيرکونيا، داراي عمق و طول عمر بيشتري نسبت به ابزار برش آلومينايي بوده، که اين امر ناشي از حضور زيرکونيا به عنوان فاز چقرمه در زمينه آلومينا است. همچنين نانوکامپوزيت آلومينا زيرکونيا به دليل زيست‌سازگاري و مقاومت عالي در برابر سايش و خنثي بودن آلومينا از نظر شيميايي، خصوصيات زيستي مناسبي از خود نشان مي‌دهد».

مهندس ابراهيمي و همکارانش که در دانشگاه علم و صنعت ايران موفق به سنتز اين نانوکامپوزيت به‌روش مکانيکي شده‌اند، در مورد چگونگي سنتز نانوذرات آلومينا زيرکونيا گفت: «ابتدا کلريد آلومينيم، کلريد زيرکونيم و اکسيد کلسيم را به‌عنوان مواد اوليه مخلوط کرده و مخلوط حاصل را به‌وسيلۀ آسياي پرانرژي، تحت کار مکانيکي قرار داديم. پس از انجام کار مکانيکي و عمليات حرارتي در دماهاي پايين با انجام واكنش ميان مواد اوليه، نانوذرات آلفا آلومينا و زيرکونيا با ساختار مکعبي، درون زمينۀ نمک کلريد کلسيم تشکيل گرديد».

گفتني‌است نانوآلياژ تهيه شده، مقاومت مناسبي در برابر خوردگي در اثر بخار آب و ترکيبات خورنده‌اي نظير اتيلن گليکول، اسيد سولفوريک، اسيد فسفريک و سود، از خود نشان مي‌دهد.

زيرکن فلزي نادر به رنگ سفيد متمايل به خاکستري با نماد Zr ، عدد اتمي 40 ، وزن مخصوص 51/6 گرم بر سانتي متر مکعب ، وزن اتمي 224/91 ، سختي 5 در مقياس موس، مقاوم ، داراي جلا ، نقطه جوش 4377 درجه سانتي گراد و نقطه ذوب 1852 درجه سانتي گراد مي باشد. زيرکن در گروه 4 ، سري فلز انتقالي Transition Metals و در دوره 5 قرار دارد .
زيرکونيم نوزدهمين عنصر فراوان در پوسته زمين است که در حدود 026/0% پوسته زمين را مي سازد.
اين عنصر عمدتاً به همراه تيتانيوم بوده و از زيرکن بدست مي آيد و در برابر خوردگي بسيار مقاوم است.
زيركونيم عمدتاً راكتورهاي هسته اي براي جذب نوترون استفاده مي شود و آلياژهاي مقاوم در برابر خوردگي را مي سازد. اين عنصر سبكتر از فولاد است و سختي آن مانند مس مي باشد. زماني كه به صورت بسيار ريز تقسيم مي شود، فلز مي تواند بلافاصله در هوا بخصوص در دماهاي بالا آتش بگيرد.
جدول 1- برخي خواص فيزيكي ، شيميايي ، ژئوشيميايي و ... عنصر زيرکونيم

Atomic Number: 40
Group: 4
Period: 5
Series: Transition Metals
Zirconium's Name in Other Languages
•Latin: Zirkonium
•Czech: Zirkonium
•Croatian: Cirkonij
•French: Zirkonium
•German: Zirkonium - s
•Italian: Zirconio
•Norwegian: Zirkonium
•Portuguese: Xircônio
•Spanish: Circonio
•Swedish: Zirkonium
Atomic Structure of Zirconium
•Atomic Radius: 2.16Å
•Atomic Volume: 14.1cm3/mol
•Covalent Radius: 1.45Å
•Cross Section: 0.182barns ±0.005
•Crystal Structure: Hexagonal


•Electron Configuration:


•Electrons per Energy Level: 2,8,18,10,2
Shell Model


•Ionic Radius: 0.72Å
•Filling Orbital: 4d 2
•Number of Electrons (with no charge): 40
•Number of Neutrons (most common/stable nuclide): 51
•Number of Protons: 40
•Oxidation States: 4
•Valance Electrons: 4d 2 5s 2
Electron Dot Model


Chemical Properties of Zirconium
•Electrochemical Equivalent: 0.8509g/amp-hr
•Electron Work Function: 4.05eV
•Electronegativity (Pauling): 1.33
•Heat of Fusion: 16.9kJ/mol
•Incompatiblities:
Potassium nitrate, oxidizers
•Ionization Potential
First: 6.84
Second: 13.13
Third: 22.99
•Valance Electron Potential (-eV): 80
Physical Properties of Zirconium
•Atomic Mass Average: 91.224
•Boiling Point: 4650K 4377°C 7911°F
•Coefficient of lineal thermal expansion:
5.85E-06cm/cm/°C (0°C)
•Conductivity
Electrical: 0.0236 106/cm
Thermal: 0.227 W/cmK
•Density: 6.51g/cc @ 300K
•Description:
Rare grayish-white metal.
•Elastic Modulus:
Rigidity: 33/GPa
Youngs: 68/GPa
•Enthalpy of Atomization: 598 kJ/mole @ 25°C
•Enthalpy of Fusion: 20.9 kJ/mole
•Enthalpy of Vaporization: 581.6 kJ/mole
•Flammablity Class: Combustible
•Freezing Point: see melting point
•Hardness Scale
Brinell: 650 MN m-2
Mohs: 5
Vickers: 903 MN m-2
•Heat of Vaporization: 58.2kJ/mol
•Melting Point: 2125K 1852°C 3366°F
•Molar Volume: 14.06 cm3/mole
•Pysical State (at 20°C & 1atm): Solid
•Specific Heat: 0.27J/gK
•Vapor Pressure = 0.00168Pa@1852°C
Regulatory / Health
•CAS Number
7440-67-7 powder, wet
•UN/NA ID and ERG Guide Number
1358 / 170 powder, wet
1932 / 135 scrap
2008 / 135 powder, dry
•RTECS: ZH7070000
•OSHA Permissible Exposure Limit (PEL)
TWA: 5 mg/m3
•OSHA PEL Vacated 1989
TWA: 5 mg/m3
STEL: 10 mg/m3
•NIOSH Recommended Exposure Limit (REL)
TWA: 5 mg/m3
STEL: 10 mg/m3
IDLH: 50 mg

 توزيع 40 الکترون زيرکونيم به صورت ذيل مي باشد :


آلياژ روي _ زيركونيم دردماي پائين تر از ° 35 كلوين مغناطيده مي شود. معمولي ترين مراحل اكسيداسيون زيركونيم به صورت Zr+2 و Zr+3 و Zr+4 مي باشد. زيركونيم با منشأ طبيعي داراي 4 ايزوتوپ پايدار است و يكي از آنها عنصر راديو ايزوتوپ با نيمه عمر طولاني Zr96 مي باشد. دومين عنصر راديوايزوتوپ پايدار Zr93 است كه نيمه عمري برابر با 53/1 ميليون سال مي باشد. 18 عنصر راديوايزوتوپ ديگر مشخص شده است. بيشتر آنها نيمه عمري كمتر از 1 روز دارند بجز Zr95 با نيمه عمر آن 02/64 روز، Zr88 با نيمه عمر 4/63 روز و Zr89 با نيمه عمر 41/78 ساعت مي باشد.
نرخ فروپاشي اوليه قبل از Zr92 تسخير الكتروني است و نرخ فروپاشي اوليه بعد از آن فروپاشي بتا است.
زيركونيم هرگز درطبيعت به صورت فلز آزاد يافت نمي شود. فلز زيركونيم از نظر اقتصادي به وسيله احيا كلريد توسط منيزيم در فرآيند Kroll و روشهاي ديگر مي باشد. هنوز هم زيركونيم با مقادير اقتصادي، محتواي 1 تا 3% هافينوم دارد. اين عنصر در ستاره هاي نوع S فراوان است و در خورشيد و متئوريت ها نشان داده مي شود. نمونه هاي سنگي ماه يك محتواي اكسيد زيركونيم بسيار بالا نسبت به سنگهاي زميني دارند.

زيرکونيم در سال 1789 توسط Martin Heinrich Klaproth كشف شد و در سال 1824 توسط Jons Jakob Berzelius جداسازي آن انجام گرفت. زيركونيم موجود در كاني زيركن يا انواع ديگر آن (Jacinth, hyacith, Jargon يا Ligure‌ ) مي باشند كه در نوشته هاي كتب مقدس به آن اشاره شده است.
تا آن زمان نمي دانستند كه اين كاني حاوي يك عنصر جديد است، Klaproth يك Joagon را از Ceylon در اقيانوس هند تجزيه نمود. او اين عنصر جديد را Zirconia يا Zirkonertz ناميد.
فلز ناخالص در ابتدا توسط Berzelius و با حرارت دادن يك مخلوط پتاسيم و فلوريد پتاسيم- زيركونيم در يك فرآيند فروپاشي كوچك در يك لوله آهني تفكيك شد. زيركونيم خالص تا سال 1914 آماده سازي نشده بود.

زيرکونيم در سال 1789 توسط Martin Heinrich Klaproth كشف شد و در سال 1824 توسط Jons Jakob Berzelius جداسازي آن انجام گرفت. زيركونيم موجود در كاني زيركن يا انواع ديگر آن (Jacinth, hyacith, Jargon يا Ligure‌ ) مي باشند كه در نوشته هاي كتب مقدس به آن اشاره شده است.
تا آن زمان نمي دانستند كه اين كاني حاوي يك عنصر جديد است، Klaproth يك Joagon را از Ceylon در اقيانوس هند تجزيه نمود. او اين عنصر جديد را Zirconia يا Zirkonertz ناميد.
فلز ناخالص در ابتدا توسط Berzelius و با حرارت دادن يك مخلوط پتاسيم و فلوريد پتاسيم- زيركونيم در يك فرآيند فروپاشي كوچك در يك لوله آهني تفكيك شد. زيركونيم خالص تا سال 1914 آماده سازي نشده بود.

ميزان واردات جهاني زيرکن از 5/1003 تن در سال 1995 به 7/835 تن در سال 1998 و 1/954 تن در سال 2000 افزايش نشان مي دهد ( جدول11 ).


ميزان واردات جهاني زيرکن باطله از 2857 تن در سال 1995 به 3952 تن در سال 1998 و 4929 تن در سال 2000 افزايش نشان مي دهد ( جدول12 ).

 ميزان ذخيره پايه و اقتصادي زيرکن به ترتيب از 62 و 32 ميليون تن در سال 1995 به 72 و 38 ميليون تن در سال 2004 افزايش يافته است ( جدول2 ) . کشورهاي استراليا ، آفريقاي جنوبي، اوکراين ، ايالات متحده امريکا و برزيل بيشترين ميزان ذخاير زيرکن دنيا را بخود اختصاص داده اند( جدول 3 ).

47 % زيركن ZrSiO4 در سراميک سازي ، 19 % به عنوان ديرگداز ، 16 % ماسه هاي ريخته گري ، 8 % شيشه تلويزيون و فيبرنوري ، 4 % سراميك هاي پيشرفته ، 2 % در ساينده ها ، 2 % مواد شيميايي و 1 % به عنوان آلياژها استفاده مي شود .
زماني كه زيركونيم با نيوبيوم تشكيل آلياژ مي دهد، زيركونيم به صورت ابررسانا در دماهاي پائين تشکيل مي شود و براي ساخت ابررساناهاي مغناطيسي با استفاده از نيروي الكتريكي با مقياس بزرگ امكان پذير است.
اكسيد زيركن آن پردازش شده و توليد الماس بدلي و زيركن كوبيك (مكعبي) را مي دهد و به صورت سنگ جواهرات طبيعي در جواهر سازي استفاده مي گردد.
بيش از 90% توليد فلز زيركونيم براي توليد نيروي هسته اي اقتصادي مورد مصرف دارد. زيركونيم به عنوان آلياژ (مانند آلياژ Zircaloy) مقدار بسيار كمي از نوترون ها را جذب مي كنند و كاربرد هسته اي مي يابند. استفاده گسترده در صنعت شيميايي و در محيط هاي خورنده مي باشد. زيركونيم قابل اشتعال است و در مسائل نظامي استفاده مي شود. كربنات زيركونيم لوسيون (محلول) سمي ايجاد مي كند.
اكسيد زيركونيم ناخالص (Zirconia) و يا محلول Baddelogite براي ساخت بوته هاي آزمايشگاهي استفاده مي شود كه مي تواند در برابر شوك حرارتي (براي جداره كوره هاي متالورژيكي) مقاومت مي كند و در صنايع شيشه و سراميك مانند مواد ديرگداز عمل مي كند.
به عنوان مبدل هاي حرارتي مانند لوله هاي خلاء در رشته هاي لامپ ، مبدل هاي كاتاليزوري، كلاهك ضربتي (چاشني ضربتي) و آجرهاي كوره مورد استفاده قرار مي گيرند.

داروسازي
زيرکونيم در صنايع داروسازي به صورت فلز و ترکيباتي مانند: دي اکسيد زيرکونيوم، لاکتات زيرکونيوم، واکسي کلريد زيرکونيوم براي تهيه مواد ضد بو "دئودورانت" (Deodorant) استفاده مي شود.استفاده از اين مواد هنگاميکه پوست بدن ملتهب است ممکن است حساسيت شديدي را به همراه داشته باشد. همچنين از دي اکسيد زيرکونيم به عنوان حاجب در عکس برداري هاي پزشکي (x-ray) استفاده مي شود.
از موارد احتياط درباره دي اکسيد زيرکونيوم اين است که از تنفس در مکان هايي که اين ماده به صورت غباري در فضا منتشر شده باشد بايد اجتناب نمود زيرا تنفس آن ممکن است باعث بيماري فيبروزيس شود.

زیركونیوم

Zirconium- یكی از قدیمی ترین و فراوان ترین عناصر در پیوسته رمین است كه به پایه زیركونیوم اكسید می باشد . در دو دهه گذشته این ماده درجه یك به طور موفقیت آمیز برای ساخت اندام زیرین و مفاصل و رشته ی پزشكی استفاده شده و اكنون برای تولید دندان قابل دسترسی و استفاده است .

به خاطر مشخصات فوق العاده زیستی ، امروزه زیركونیوم  برای ترمیم دندانها استفاده می شود و استفاده از آن در زمینه دندان پزشكی از سال 1990 افزایش یافته است . آمار نشان می دهد كه روزانه بیش از 20000واحد روكش زیركونیوم ساخته می شود . آزمایش هایی كه در لابراتورها انجام شده نشان می دهد كه بریجهای زیركونیومی در مقایسه با بریجهای سرامیك فلزی بر پایه فلزات گرانبها مثل الماس ، از لحاظ مقاومت یكسان می باشند .

توانایی ها و نكاتی از این نوع سیستم :

در وحله اول مقاومت فوق العاده آن غیر قابل انكار است چرا كه دارای مقاومت فشاری mpa1200 الی 1000 می باشد كه از لحاظ مقاومت 100 الی 300 mpa مقاومتر از فلزات مورد استفاده در ساخت روكش ها می باشد .

دوم به لحاظ همرنگ بودن با بیس دندان و سرامیك های مورد استفاده در دندانپزشكی همخوانی خوبی به لحاظ رنگی با دندان را داراست .

سوم امكان بی نقصی ساخت بریج تا 16 واحد لذا محدودیت ساخت تعدادی در این سیستم وجود ندارد

چهارم بیس زیركونیوم ترانسلوسنی ندارد حس عمده آن فقط همخوانی رنگی آن با سرامیك ها می باشد .

پنجم شكل دهی آن در مرحله ای انجام می شود كه زیركونیوم خام می باشد لذا می توان هر شكل دلخواهی را به روی آن به مرحله اجرا گذاشت از طراحی اتچمنت های micro سیستم ؟؟؟؟؟؟؟؟ 83 گرافته تا پست ها و ریچموندها و صدالبته پایه ها (اباتمنت های ) ایمیلنت

 

(procilain fusetometd)PFMگوناگونی و وسعت استفاده از این سیستم فراوان و اپیدمی می باشد

(non preciuse) PFM

(pteciuse) PFM

(semi precise)PFM

new (titan)PFM

زیر كونیوم : بریجهای زیركونیوم در مقایسه با بریجهای سرامیك فلزی بر پایه فلزات گزانبها مثل الماس از لحاظ مقاومت یكسان هستند .

Impress : بی رقیب در زیبایی و دقت . تمام سرامیك به همراه كریستال های زیركونیوم و آلومینا .

Implant و روكش های سازگار با آن

پودر های سرامیكی ، انواع و ساختار آن

انواع روكش ها و تفاوت آن ها

مراحل ساخت روكشها

PFM :

PFM  ها از دیر باز مورد استفاده در دندان پزشكی بوده و هستند بصورت نرمال (normol) . وقتی دندانپزشك اعلام به نیاز روكش می كند در وحله اولPFM   جلب توجه می نماید استفاده از این روكش ها به اندازه ای وافر كه شمارش روزانه آن از دست ها خارج است عمده حسن روكش ها به دو قسم است : 1- هزینه مناسب تر نسبت به دیگر روكش ها 2- ساخت بریجهای طولانی تا 14 واحد در هر فك . عنوان اینكه این گونه روكش ها زیبایی بالایی ندارند شاید خیلی صحیح نباشد ولی بهتر است جهت حفظ ظرافت كار و زیبایی دندان های پیشین با توجه به تكنولو‍ی های جدید و به روز دنیا از روكش های تمام سرامیكی استفاده گردد (دو بخش زیركونیوم empress بحث خواهد شد ) .

PFM  یعنی (porcelain fuse to metal)(سرامیك باند شونده بروی فلزات)

ساختار سرامیك ها هیچ گونه عارضه ای در بدن ایجاد نمی كند و بهترین ماده موجود در طبیعت است كه می توان رنگ و زیبایی مورد نیاز دندان ها را تامین كند ولی همان طور كه گفته شد در سیستم PFM   ما نیاز به base فلزی داریم .

وجود metal base در PFM   ها محدودیت هایی را به لحاظ زیبایی به وجود می آورد چرا كه :

 1- وجود بیس فلزی وبدنبال آن لایه ای از سرامیك كدر به رنگ زمینه شخص شده از طیف رنگا مانع از شكست طبیعی نور از روكش می شود و بنابراین شاید روكش PFM  در نمای ظا هری  دارای رنگی همانند دندان مجاور باشد ولی در انعكاس نورهایی با طول موج های متفاوت ،‌متفاوت عمل كرده و نتیجه آن كه در برابر نور های متفاوت رنگ های متفاوتی از دندان های مجاور طبیعی انعكاس خواهد داد .

2- وجود فضای mm1/5 جهت كسب رنگ دلخواه در ظاهر كار امری ضروریست بطور معمول فضایی كه برای ساخت یك روكش Pfm  نیاز است با تقسیمات زیر كامل می شود :

با احتساب پستی و بلندی سطح تراش خورده 4/0 ضخامت تا فریم

همان ضخامت با اضافه شدن صحیح opaque 6/0

جهت حصول رنگ مناسب با سرامیك های مخصوص PFMا0/7الی 0/9میلیمتر

زیرکونیوم دی بوراید

زیرکونیوم دی بوراید

زیرکونیوم دی بوراید یک ماده ی مناسب برای ساخت بوته ی ذوب فلزات است. علت این مسئله مقاومت به خوردگی استثنائی این ماده است. این ماده همچنین در سلولهای هال – هرولت (Hall- Heroultcells) (فرآیند تولید آلومینیوم ) به عنوان کاتد و در فرآیند تصفیه ی فولاد به عنوان تیوپ های ترموول استفاده می شود.
فرآیندهای مختلفی برای تولید استفاده می شود. این فرآیند ها شبیه به روش های تولید کاربیدها و نیتریدهاست. به صورت صنعتی این ماده به روش واکنش مستقیم زیرکونیوم و بور تولید می شود. 

همچنین از واکنش کربوترمال نیز می توان برای تولید استفاده کرد. که واکنش آن به شکل زیر است. 

همه ی این واکنش ها باید در دمای بالا و تحت اتمسفر خنثی یا خلاء انجام شود. قیمت پودر بین 60- 100 دلار بر کیلوگرم است.

 

مقدمه
 

مواد سراميکي با دانسیته ي پايين، کامپوزيت هاي سراميکي و الياف به طور گسترده اي درکاربردهاي دما بالا استفاده مي شوند. اين مواد به خاطر خواص ديرگدازيشان شناخته مي شوند. همچنين اين مواد رسانايي گرمايي پاييني داشته و مقاومت بالايي دربرابر حملات شميايي دارند. نقطه ذوب بالا و خواص شيميايي استثنايي زيرکونيا نشاندهنده ي کاربردآن به عنوان دير گداز است. به هر حال استعاله فازي تتراگونال - مونوکلينيک و تغيير ناشي از آن مانع از استفاده از زيرکونياي پايدار نشده به صورت بالک است. (شکل 1)

- زيرکونيا به عنوان يک افزودني ديرگداز و افزايش مقاومت به شک حرارتي
 

اين مسئله متداول است که پودر نرم زيرکونيا را براي افزايش مقاومت به شک حرارتي به ساير سراميک ها اضافه کنيم. اين ماده به آلومينا اضافه مي شود و از آن والوهاي لغزنده ي تنظيم کننده ساخته مي شود که اين والوها در بخش اصلي فرآيند ريخته گري مدام فولاد استفاده مي شوند. همچنين از اين ترکيبات کامپوزيتي در ساخت نازل ها و استاپرهاي انتقال دهنده و نگهدارنده ي قطعات فولادي گرم استفاده مي شود. اين قطعات هم تحت تأثير شک حرارتي و هم ايروژن قرار مي گيرند و استفاده از ساير مواد در اين مکان ها امکان پذير نيست زيرا امکان شکست آنها بالاست.

- نحوه ي عملکرد ديرگدازهاي تافنس يافته بوسيله ي زيرکونيا
 

اين تصور وجود دارد که ويژگي هاي فوق العاده ي ديرگدازهاي تافنس يافته بوسيله ي زيرکونيا به خاطر بوجود آمدن ميکروترک ها در نزديک ذرات زيرکونيا بوجود مي آيد. اين ميکروترک ها باعث جلوگيري از گسترش ترک هاي بوجود آمده از تنش هاي گرمايي مي شوند. بنابراين اين ديرگدازها اگر چه استحکام بسيار بالايي ندارند ولي قابليت جلوگيري از گسترش ترک را دارا مي باشند. و از اين رو کاربردهاي فراواني در بخش هاي مهم صنعتي يافته اند.

- محصولات ديرگداز زيرکونيايي
 

زيرکونياي مورد استفاده در صنعت ديرگداز بوسيله ي دو روش توليد مي شود. يک اکسيد پايدار کننده مثلا Mog به ميزان مطلوب (مثلا 6% مولي) به زيرکونيا افزوده مي شود. نمونه به صورت خشت د رآمده و در دماي بالاتر از1600درجه سانتیگراد سوزانده مي شود. اين عمل باعث مي شود بخش عمده اي از زيرکونيا به فاز کيوبيک تبديل شود.
خشت سوزانده شده سپس در يک بال ميل خردايش يافته تا اندازه ي ذرات آن به زير 10 ميلي متر برسد. (محيط خردايش از جنس فولاد است). پودر حاصله سپس بوسيله ي محلول آبي اسيد کلريدريک (HCI) شسته مي شود تا ناخالصي هاي آن جداسازي گردد. پودر حاصله بوسيله ي فرآيند ريخته گري استفاده مي شود. محصول خشک شده به اندازه ي 2-4 درصد سرينکيج پيدا مي کند همچنين فرآيند پخت آن که به طور نمونه وار در دماي 1900C°انجام مي شود باعث انقباضي 15% در نمونه مي شود.

- زيرکونياي پايدار شده ي فيوزد
 

زيرکونياي پايدار شده ي فيوزد مي تواند با استفاده از فرآيند قوس الکتريکي توليد شود. محصول حاصله بيش از 90% فاز کيوبيک دارد بنابراين اين محصول مي تواند در برابر سيکل هاي حرارتي تکرار شونده مقاومت کند. ودماي 2400درجه سانتیگراد را تحت اتمسفر اکسيدي تحمل کند. گرانول هايي از جنس اين ماده را مي توان به عنوان ديرگدازهاي عايق حرارتي (درکوره هاي با دماي بسيار بالا) استفاده کرد. اين گرانول ها را همچنين مي توان آسياب کرد و به صورت ديرگدازهاي بالک زينتر نمود.

- ناپايدار شدن ديرگدازهاي پايدار شده
 

زيرکونياي پايدار شده در دماهاي بالا خاصيت آمفوتري خود را حفظ کرده ودر برابر سرباره هاي بازي و اسيدي و شيشه هاي مذاب مقاوم است ولي اين ماده در تماس طولاني مدت با ديرگدازهاي سيليسي و آلومينا سيليکاتي ناپايدار مي گردد.(در دماهاي بالاي 1400C° درجه)
بهترين ماده ي پخته شده ي ديرگداز براي کاربردهاي با دماي بسيار بالا و ديواره هاي ديرگداز ، آجرهاي زير کونيا پايدار شده هستند که به صورت موادي متخلخل به مصرف مي رسند.

- الياف ديرگداز زيرکونيايي
 

اخيرا ً مواد عايقی در دسترس است که اين مواد عايق داراي دانسيته ي پايين، رسانايي گرمايي پايين هستند و در اشکال مختلفي مانند فيبر، کاغذ ، نمد (felt) ، مقوا (board) و... توليد مي شوند. زيرکونياي مورد استفاده در اين کاربردهاي محلول جامد زيرکونياي کيوبيک به همراه افزودني اکسيد ايتريا است. نمونه ي با خلوص بالا از اين نوع زيرکونيا را مي توان تا دماي بالاتراز 2100C° استفاده کرد.
مواد ديگري مانند زيرکونيا با بايندر زيرکن نيز در اين کاربردها استفاده مي شوند. اما اين مواد دماي کاربري بين 1650C° -1700دارند.

- توليد الياف زيرکونيايي
 

فرآيند توليد الياف زيرکونيايي فرآيندي انحصاري است. اگر چه جزئياتي از آن انتشار داده شده است که اين جزئيات حالتي کلي از فرآيند توليد است.
تکنيک هاي ابداعي توليد از يک ماده ي اوليه ي آلي و در حالت فيبر (مانند نايلون) شروع مي شود. فيبر آلي با يک محلول از زيرکونيوم کلرايد و ايتريم کلرايد تلقيح مي شود. (اين ماده در يک شابلن (نخ) قرار مي گيرد). پس از خشک شدن نمک هاي فلزي در داخل فيبر آلي رسوب کرده که مي توان بخش آلي را سوزاند. فيبر جديد پس از اين فرآيند در دماي مناسب ( C°1300 800-) درجه پخت مي گردد.
در طي فرآيند پخت عمل کريستا ليزاسيون انجام مي شود و در نهايت ذرات سراميکي زنیتر گشته و پيوند سراميکي پديد مي آيد.

- خواص و شکل هاي موجود از ديرگدازهاي فيبري زيرکونيا
 

اين مواد را مي توان به صورت اشکال مرسوم توليد نمود در واقع مي توان اين مواد را به صورت فيلامنت هاي تکي يا به صورت صفحات صلب و يا اشکال تهيه نمود. اين مواد داراي ويژگي هاي برجسته اي مانند پايداري بالا در دماهاي نزيک به نقطه ي ذوب آن (c∘ 2600 ≃)، مقاومت به خوردگی در برابر قلیایی ها و بسیاری از مواد شیمیایی و تر نشدن در برابر طیف گسترده ای از فلزات مذاب هستند.

- کاربردهای دیرگدازهای فیبری زیرکونیا و عایق کاری
 

کاربران این نوع از زیرکونیا بسیار متنوع و گسترده است. این مواد در عایق های گرمایی با راندمان بالا گرفته تا در جدا کننده های باطری هواپیما، فیلترهای گاز داغ و دیافراگم های الکترولیز کاربرد دارند. یک کاربرد خاص از این مواد که هنوز در مرحله ی آزمایشی است، استفاده از آنها در بخش تحتانی رآکتور اتمی است. این فرم از زیرکونیا در رآکتور اتمی مانند یک پوشش حرارتی شیمیایی عمل می کند.

اکسید زیر کونیوم((zrO_2 که گاهی مواقع به آن زیر کونیا گفته می شود اکسیدی سفید رنگ از فلز زیرکونیوم است. زیر کونیا به صورت اکسید خالص در طبیعت وجود ندارد. این ماده در کافی های با دولیت (baddelyite) وزیر کن (zircon) (Zrsio_4 ) وجود دارد. این دوکانی طبیعی منابع عمده ی تأمین کننده ی زیرکونیا هستند. گستردگی منابع زیر کن بسیار زیاد است اما این کانی خلوص کمتری داشته وازاین رواستفاده از آن نیاز به فرایندهای آماده سازی زیادی است.
فراوری زیر کونیا نیازمند جدا سازی مواد ناخاسته وخالص سازی آن است. ناخالصی های مختلفی به همراه کانی های زیرکونیا دار وجود دارد. مثلاً یکی از ناخالصی های زیرکن سیلیس است.اکسید ها فنیوم نیز یکی از ناخالصی های زیر کونیا محسوب می شود. کانی با دولیت نیز دارای ناخالصی هایی همچون آهن واکسید تیتانیم می باشد. رسوبات زیرکونیا در برزیل و آفریقای جنوبی بیشتر است. ولی مقدار آن خیلی ناچیز است وارزش استخراج آن پایین است. به همین علت برای تولید اکسید زیرکونیوم باید به سراغ ترکیباتی که حاوی این اکسید است برویم. درواقع زیرکن به عنوان منبع تأمین کننده ی زیرکونیا است.زیرکن درکشورهایی مثل استرالیا، آمریکا ، هند ، سریلانکلا وجود دارد. البته زیر کن علاوه بر استفاده در تولید زیرکونیا درلعاب و... نیز کاربرد دارد. برای فراوری واستخراج زیرکونیا از زیرکن چندین روش وجود دارد که عبارتند از :
1) کلریناسیون
2) تجزیه به کمک هیدوکسیدهای قلیایی
3) ذوب قلیایی
4) تجزیه ی پلاسمایی
5) روش هم رسوبی شیمیایی
6) سایر روش ها (CVDو ...)

فازهای زیر کونیا
 

زیرکونیا دارای سه فاز مونوکلینیک ، تتراگونال وکیوبیک است.فازمونو کلینیک در درمای 1170C° به فاز تتراگونال و فاز تتراگونال در دمای 2370C° به فاز کیوبیک تبدیل می شود. (شکل 1)

عمده ترین فرم این ماده که در طبیعت وجود دارد مونو کلینیک است. فرم دما بالای آن (کیوبیک) به ندرت در طبیعت وجود دارد .منیرال تاز هرانیت (tazheranite) با فرمول Zr,Ti,Ca)o_2 ) یکی از مینرال هایی است که به صورت فاز کیوبیک است. از زیر کونیای کیوبیک که به صورت مصنوعی سنتز می شود به طور گسترده ای درساخت سنگ های تزئینی استفاده می شود. زیرکونیای کیوبیک شبیه ترین ماده به الماس است (شکل 2)

همانگونه که گفتیم زیرکونیا در دمای 1170C° از فاز مونوکلینک به تتراگونال تغییر فاز می دهد. این تغییر فاز با تغییر زیادی در پارامتر شبکه همراه است.یکی از پیامدهای این تغییر فاز، انبساط حجمی بزرگی است که درهنگام سرد کردن رخ می دهد وباعث می شود تولید قطعات زیرکونیای خالص امکان پذیر نباشد. (سرد کردن زیرکونیا در دمای1170C° باعث انبساط 5-3% می شود.)
برای تولید اجزای زیرکونیایی، این مسئله ضروری است که همه یا بخشی از زیرکونیا را به صورت کیوبیک یا تتراگونال تثبیت کنیم. این فرآیند تثبیت کردن بوسیله ی افزودن عوامل تثبیت کننده ایجاد می شود. افزودن مقادیر متنوعی از تثبیت کننده های فاز کیوبیک مانندMgo,CaO،O_3 Y_2 موجب تشکیل زیرکونیای تاحدی تثبیت شده (partially Stanlized Zirconia) می شود.
دربین سه فاز زیر کونیا فاز کیوبیک به لحاظ داشتن خواص ویژه از همه ی فازها شرایط بهتری دارد.
ونسبت به فازهای دیگر ترجیح داده می شود ازاین روتلاش می شود تا این فاز در بدنه حفظ گردد. بعد از فاز کیوبیک فازتتراگونال شرایط بهتری نسبت به فاز مونو کلینیک دارد.استفاده از اکسیدهای تثبیت کننده باعث باقی ماندن فازهای دما بالا دردمای اتاق وتولید قطعات با خواص ممتاز می شود.
اگردر دمای پایین ما تنها فاز کیوبیک یا تتراگونال داشته باشیم به آن زیرکونیای به طور کامل پایدار شده (Fully Stablized zirconia) می گوییم.
با استفاده از زیرکونیلی به طور کامل پایدار شده (FSZ) یا زیر کونیای تا حدی پایدار شده ( PSZ ) را می توان بدنه های پایدار تهیه کرد. این بدنه ها خواص ممتازی دارند که در ادامه به آنها می پردازیم.
افزوده شدن اکسیدهای تثبیت کننده سبب تشکیل محلول جامد می شود که در این حالت توجه به حد حلالیت اکسید در زیر کونیا یکی از مسائل مهم می باشد. لازم به ذکر است که افزایش Ca و Co می تواند سختی زیرکونیا را به طور قابل توجهی افزایش دهد. همچنین Mg می تواند چقرمگی را افزایش دهد ( KIC را افزایش می دهد)

ویژگی های کلیدی
 

ویژگی های خاص زیرکونیا که موجب استفاده از آن درکاربردهای متنوعی می شود عبارتند از:
1) استحکام بالا
2) تافنس شکست بالا
3) مقاومت سایشی استثنائی
4) سختی بالا
5) مقاومت شیمیایی استثنایی
6) تافنس بالا
7) دیرگدازی بالا
8) رسانایی یونی (یون اکسیژن)خوب
ویژگی های مهم سرامیک های زیرکونیایی به درجه تثبیت شدن ونوع تثبیت کننده وفرآیند تولید آن بستگی دارد.در جدول 1 ویژگی های چند نمونه از زیر کونیا آورده شده است.

علاوه برخصوصیات بیان شده در بالا برخی از ویژگی های زیرکونیا وجود دارد که باعث شده است این ماده یکی از مواد مهندسی پرکاربرد باشد. این ویژگی ها عبارتند از :
1) رفتار اصطلاکی مناسب
2) نداشتن خاصیت مغناطیسی
3) عایق الکتریکی بودن
4) رسانایی گرمایی پایین

انواع زیرکونیا
 

انواع مختلفی از زیر کونیا وجود دارد. این نوع های مختلف از زیر کونیا بوسیله ی محققین وتولید کنندگان ارائه گشته است.در واقع محققین برای بدست آوردن خواص مختلف، انواع مختلفی از زیر کونیا با فازهای مختلف تولید کرده اند. برخی از این فازها تنها در دماهای بالا پایدارند وبایدبه نحوه ای آنها را سرد کرد که بتوان این فازها را در دمای اتاق داشته باشیم. برخی از انواع زیر کونیا بوسیله ی مکانیزم های تافنینگ زیر کونیا تولید می گردند . برخی از آنها درجدول 2 به صورت لیست وار آورده شده است. اکسید های پایدار کننده مورد استفاده دراین مواد معمولاً به صورت پیشوند به حروف اختصاری جدول 2 افزوده می شود. برخی اوقات درصد ماده ی تثبیت کننده نیز ذکر می شود. مثال هایی از حروف اختصاری که به همراه انواع مختلف زیر کونیا استفاده می شوند عبارتند از A,Mg,Ce,Y که به ترتیب بدین معنا هستند . (Y_2 O_3،MgO,〖CeO〗_2، 〖AI〗_2 O_3 )
عبارت زیر 3Y-TZP بدین معنا ست که این محصول زیرکونیای تتراگونال و پلی کریستالی است که 3 درصد مولی (Y_2 O_3 ) دارد.

مقایسه ی خواص
درجدول 3 خواص گریدهای مختلف زیر کونیا آورده شده است.که این اطلاعات از منابع مختلفی گرد آوری وترکیب شده اند.

به هر حال همانند اکثر سرامیک ها، خواص مواد زیرکونیای نیزتابع فاکتورهای بسیاری مانند پودر اولیه و روش تولید و... است اکثر روش های تولید سرامیک ها برای زیرکونیا استفاده می شود مثلاً این روش ها عبارتند از : پرس خشک، پرس ایزو استاتیک، قالب گیری تزریقی، اکستروژن وریخته گری نواری در طی فرآیند تولید ممکن است ناخالصی هایی به بدنه افزوده شود که این ناخالصی ها خواص بدنه را کاهش می دهند.

کاربردها
 

همانگونه که پیش از این گفته شد زیرکونیای خالص به خاطر استحکام پایین کاربرد ندارد. ولی افزوده شدن برخی ازاکسیدها باعث بهبود خواص مکانیکی آن می گردد.
دربرخی موارد، فاز تتراگونال می تواند فازی نیمه پایدار باشد. اگر میزان کافی از فاز تتراگونال نیمه پایدار در بدنه وجود داشته باشد وتنشی برآن اعمال شود، با افزایش میزان تنش درنوک ترک تبدیل فازی تتراگونال به مونوکلینیک رخ می دهد وافزایش حجم اتفاق می افتد. این افزایش حجم موجب می شود ترک تحت فشار قرار گرفته شود واز رشد آن جلوگیری شود. این مسئله موجب افزایش تافنس شکست می شود. این مکانیزم، مکانیزم افزایش تافنس از طریق تغییرات فازی زیر کونیا نامیده می شود. و می تواند موجب افزایش قابلیت اطمینان وعمر مفید محصولات تولیدی بوسیله ی زیر کونیای پایدار شده بشود.
یک نمونه ی خاص از زیر کونیا، زیر کونیای تتراگونال و پلی کریستال (zirconia polycrystalline tetragonal) نامیده می شود که به اختصارTZP نامیده می شود همانگونه که از اسم این نوع زیر کونیا معلوم است TZP ، زیر کونیایی است که به صورت پلی کریستال بوده وتنها از فاز نیمه پایدار تتراگونال تشکیل شده است.
فاز کپوبیک زیرکونیا همچنین دارای رسانایی گرمایی بسیار پایینی است. این مسئله منجر می شود تا از این ماده به عنوان پوشش مانع در برابر حرارت (TBC) در جت وموتورهای دیزل استفاه شود.استفاده از زیرکونیای کیوبیک دراین کاربردها اجازه می دهد تا دمای کاربری این وسایل را افزایش دهیم و بازده موتور را بالا ببریم (این مسأله از لحاظ ترمودینامیکی ثابت گشته است) در سال 2004 ، یک گروه تحقیقاتی بزرگ مشغول بهبود کیفیت و دوام این پوشش ها شدند. این نوع پوشش ها به عنوان ماده دیرگداز ، عایق، ساینده وبه عنوان لعاب فلزی وسرامیکی مصرف می شود. زیرکونیای پایدار شده در سنسورهای اکسیژن وغشاء های سلول سوختی استفاده می شوند. علت استفاده از آن دراین کاربردها این است که این ماده اجازه ی عبور آسان یون های اکسیژن را از میان ساختارش ( در دمای بالا) می دهد. این رسانایی یونی بالا (و رسانایی الکتریکی پایین) باعث می شود تا این ماده به عنوان یک الکتروسرامیک مهم مطرح گردد.
گاف انرژی زیرکونیا به نوع فاز (کیوبیک ، تتراگونال ، مونوکلینیک یا آمورف) و روش تولید بستگی دارد. مقدار این گا فسا بین7-5ev است.
این ماده همچنین درتولید زیر ساختارهای مورد استفاده درساخت و ترمیم دندان ها مانند تاج دندان واتصالات دندانی مصرف می شود. این زیرساختارها معمولاً بوسیله ی پرسلان های فلرسپاتی مرسوم پوشش دهی می شوند.
دی اکسید زیرکونیوم می تواند به صورت یک پودر سفید رنگ باشد که دارای خواص آمفوتری است. با توجه به نقطه ذوب بالا وخاصیت درخشان بودن، این ماده در تولید اجزای چراغ استفاده می شود. زیرکونیا یک ماده ی مهم دی الکتریک مهم می باشد. در واقع زیرکونیا یک دی الکتریک بالای بالاست .
(high-k-dielectric). این پیش بینی می شود که بتوان از آن به عنوان عایق ترانسیستور در وسایل نانوالکتریکی استفاده کرد.
درادامه به بیان برخی از کاربردهای زیرکونیا می پردازیم.

چاقو و قیچی ها
 

یکی از مشکلات عمده چاقو ها و قیچی های فلزی هنگامی ایجاد می شود که بخواهیم با یک چاقوی فلزی یک ماده ی با تافنس بالا مانند یک تکه پارچه ی کولار را ببریم. ویا بخواهیم تعداد زیادی برگه ی کاغذی را ببریم. دراین موارد معمولاً وسیله ی برش به سرعت کند می شود وکارایی خود را از دست می دهد.
چاقوها وقیچی های زیرکونیایی یک ماده ی مناسب برای این کاربردها هستند. این وسایل دیرتر کند می شوند. وزمان زیادتری تند باقی می مانند.
ویژگی های کلیدی که باعث می شود که زیرکونیا یک ماده ی مناسب برای این کاربردها باشد عبارتند از :
1) استحکام وتافنس شکست بالا به همراه سختی بالا (این سختی معمولاً بیشتر از موادی است که می خواهیم آنها را ببریم.)
2) اندازه ی دانه های ریز(ریزساختار مناسب) که باعث می شود بتوانیم گوشه های تیز بوجود آوریم
3) اثر افزایش تافنس از طریق تغییرات فازی زیرکونیا در لبه های ماشین کاری شده ی وسایل که موجب افزایش تافنس می شود.
کاربر دهای مشابه برای زیر کونیا عبارتند از تیغه های برنده ی فیلم های پلاستیکی ونوارهای مغناطیسی وسایر مواد ساینده
زیرکونیا همچنین در ساخت وسایل برنده ی کامپوزیتی وچرخ ها ساینده کاربرد دارد.

درزگیر و قطعات پمپ و واشرها
 

انتقال دوغاب ومواد شیمیایی خورنده یکی از مشکلاتی است که صنایع با آن روبرو هستند. دما وفشار بالای این محلول ها موجب پدید آمدن شرایط بسیار خورنده وفعال می شود. ویژگی های کلیدی که باعث می شود زیرکونیا یک ماده ی مناسب برای این کاربردها باشد عبارتند از:
1) مقاومت شیمیایی بالا
2) سختی بالا و مقاومت به سایش
3) سطح پایانی مناسب ومقاوم در برابر ایجاد رسوب که باعث می شود اصطکاک محلول با بدنه به حداقل برسد.
4) تافنس بالا که موجب جلوگیری از خسارت در هنگام برخورد قطعات جامد درحین کارمی شود.
5) ایمپلنت های ارتوپدی
زیرکونیا د رمفصل گوی و کاسه ای ران وبه عنوان گوی استفاده می شود. استحکام بالا وتافنس بالا اجازه می دهد تا اندازه ی امپلنت مفصل ران کوچکتر شود.این کوچکترشدن نیز باعث افزایش کارایی مفصل می شود . قابلیت پولیش خوردن این نوع امپلنت ها باعث می شود تا اصطکاک ناخواسته ی بوجود آمده در بخش های مختلف امپلنت کاهش یابد.
خنثی بودن شیمیایی این ماده دربرابر محیط های فیزیولوژیکی احتمال پدید آمدن عفونت ها را در این امپلنت ها کاهش می دهد.به خاطر همین مسئله تنها از ماده ی اولیه ی با رادیو اکتیوتیدی پایین می توان در تولید این گونه امپلنت ها استفاده کرد.

کاربردهای دیرگداز
 

پودر زیر کونیا (مونوکلینیک و نسبتاً پایدار شده ) درکامپوزیت های دیرگداز استفاده می شود. تا مقاومت به شک حرارتی ومقاومت به سایش افزایش یابد. این مواد درکاربردهای ویژه مانند صفحات لغزشی خروجی فولاد مذاب، قطعات غوطه ور در فولاد مذاب مانند میله ی مسدود کننده و به عنوان اجزای فازهای غوطه وری کاربرد دارند.

کاربردهای الکتریکی
 

کاربردهای الکتریکی والکترونیکی زیرکونیا بر پایه ی رسانایی الکتریکی نسبتاً پایین آن و رسانایی یونی بالای (رسانایی یون اکسیژن) زیرکونیای کاملاً پایدار شده قرار دارد. این ویژگی ها باعث می شوند که از زیر کونیا برای کاربردهای زیر استفاده شود:
1) المنت های حرارتی که می توانند در اتمسفر هوا و در رنج گسترده ای از دما کار کند.
2) سنسورهای اکسیژن که براساس قانون سلول نرنست کار می کنند.
3) الکترولیت در سلولهای سوختنی اکسید جامد.

سنگ های تزئینی مصنوعی
 

با ذوب زیرکونیا و پالایش و کریستالیزاسیون مجدد آن ، سنگ جواهر پدید می آید. این نوع سنگ جواهر به الماس ، یاقوت سرخ و زرد و زمرد سبز شبیه است. از این نوع زیرکونیا درساخت مشعل های پلاسما استفاده می شود. کاربرد دیگر این زیرکونیا استفاده از آن به عنوان عوامل جوانه زا درشیشه سرامیک هاست.

زیر کونیا جایگزین فولاد
 

جایگزینی زیرکونیا به جای فولاد سبب بهبود وسایل برش، مفاصل و وسایل پزشکی می شود. زیرکونیا سرامیکی است که استحکامی شبیه به فولاد دارد وسختی و مقاومت بالایی به خوردگی دارد . با توجه به ویژگی های گفته شده زیر کونیا پتانسیل بسیار خوبی برای استفاده شدن در صنعت و پزشکی را دارد. پره های توربین آبی که از زیر کونیا ساخته شده اند مثالی از این کاربردهاست. این نوع پره ها را می توان تر وبهتر شکل دهی کرد. همچنین آنها سطحی صاف تر از نوع فولادی دارند.
تاکنون استفاده های زیر کونیا به خاطر استحکام پایین آن و پدید آمدن ترک در هنگام قراگیری آن در دمای ( 600c° -100) ودر حضور آب، محدود بوده است. در واقع زیرکونیا به خاطر پدید آمدن فرایند تخریب هیدروترمال کاربرد کمی داشته است. با ترکیب شدن تکنیک های هندی وکار در مقیاس نانو، از پدیدآمدن این فرایند جلوگیری گشته است. در واقع با افزودن درصد کمی از موادی همچون آلومینا به زیر کونیا از پدید آمدن تخریب هیدروترمال جلوگیری می شود.
در ادامه به بیان روش های افزایش تافنس از طریق تغییرات فازی زیرکونیا می پردازیم

 

افزایش تافنس از طریق تغییرات فازی زیرکونیا
 

در ابتدای این مقاله توضیحات کاملی در مورد تغییرات فازی زیرکونیا با دما صحبت کردیم. در ادامه به بیان روش های استفاده از این مکانیزم ها در افزایش تافنس می پردازیم.
برای افزایش تافنس از طریق تغییرات فازی زیرکونیا روش هایی وجود دارد که سه روش از آنها عبارتست از
1) ایجاد ترک های مویی (Micro cracking)
2) القاء و ایجاد تنش (Stress induced)
3) تحت فشار قرار دادن لایه های سطحی (Compressive Surface Layers)

1) ایجاد ترک های مویی
 

دراین روش از ذرات زیرکونیای تثبیت نشده درفازی سرامیکی استفاده می کنیم. در واقع ذرات تثبیت نشده در زمینه ای از یک سرامیک پایدار مانند آلومینا قرار می گیرد. ذرات زیرکونیای مورد استفاده قابلیت تغییر فاز دارند. که در هنگام سرد شدن بدنه ی اصلی، تغیر فاز تتراگونال به مونو کلینیک رخ می دهد. این تغییر فاز باعث پدید آمدن انبساطی می شود که این انبساط ترک های بسیار ریزی در زمینه بوجودمی آورد. البته اندازه ی این ترک ها درحدی نیست که قطعه بشکند. عوامل مؤثر در هنگام پدیدآمدن این ترک های ریز عبارتند از :
الف) درصد زیرکونیای پودری
ب) اندازه ی ذرات زیرکونیایی
و.....
استحکام قطعه ی تولیدی به روش بالا افزایش می یابد. در واقع اگر در بدنه ی دارای ترک های مویی ایجاد ترکی بزرگ شود، با پخش شدن نیروی ترک درهنگام برخورد با ترک های مویی، استحکام بالا می رود.
برای آنکه بدنه ی تولیدی با این استحکام مناسب را داشته باشد باید توزیع ذرات نیز درست انجام شود. توزیع نامناسب باعث رسیدن میکروترک ها به همدیگر وشکسته شدن قطعه می شوند.
همچنین اندازه ی ذرات نیز باید در حدی معین باشند. اگر ذرات ما از یک حدی بزرگتر باشند. تنش های بیشتری ایجاد می شود. وترک ها دیگر ریز نخواهند بود. که این ترک ها بسیار خطرناک هستند. اگرذرات ما از یک حدی کوچکتر باشند نیروی وارده از طرف زمینه برذرات بیشتر بوده وتغییر فاز اتفاق نمی افتد.

2) القا وایجاد تنش
 

این روش نیز شباهت بسیار زیادی به روش بالا دارد. در واقع روش القا و ایجاد تنش حالتی خاص از روش ایجاد تنش های مویی است. ذرات به کار برده در روش القاوایجاد تنش از حد بحرانی کوچکترند وازاین رو درحین سردکردن قطعه نمی توانند تغییر فاز دهند. ساختار بدنه ی تولیدی به روش القا و ایجاد تنش از زمینه ای سرامیکی به همراه ذرات زیر کونیایی هستند که در فاز تتراگونال قرار دارند.علت عدم تبدیلی شدن آنها به فاز مونوکلینیک این است که این ذرات نتوانسته اند. بر نیروی وارد برآنها از طرف زمینه غلبه کرده وزمینه را ترک دهند. اما هر لحظه که نیروی وارده برآنها برداشته شود فرایند تغییر فازی اتفاق می افتد. درهنگام پدید آمدن یک ترک توسط نیروی خارجی نیز همین مسئله اتفاق می افتد وتغییر فازی اتفاق می افتد . ذره با تغییر فازی انبساط یافته ونوک ترک را می بندد ورشد ترک متوقف می شود. استحاله ی اتفاق افتاده دراین فرایند از نوع استحاله های مارتنزیتی است.

3) تحت فشار قرار دادن لایه های سطحی
 

این روش نیز شبیه به فرآیند القا وایجاد تنش است. با این تفاوت که با انجام عملیاتی تغییر فاز تتراگونال به مونوکلینک تنها در سطح قطعه اتفاق می افتد. یعنی ذرات زیرکونیا در بدنه وارد می شوند. ودرتمام بدنه توزیع می شوند. وپس از شکل دهی بدنه عملیات زینترینگ انجام می شود. وبه خاطر اینکه اندازه ی ذرات زیر کونیا ازحد بحرانی کوچکتر است. درحالت سردکردن تبدیل تتراگونال به مونوکلینیک اتفاق نمی افتد. پس از این مرحله با انجام فرآیندی مانند پولیش کردن این تغییر فاز در لایه های سطحی انجام می شود. عمق این لایه ها می تواند از 10 الی 100 میکرون باشد.دراین حالت ریز ساختار بدین صورت است . که یک زمینه ی سرامیکی پایدار داریم که توزیعی از ذرات زیرکونیای تتراگونال درعمق قرار دارند. ودرسطح نیز به خاطر پدید آمدن استحاله ی تتراگونال به مونوکلینیک ترک هایی مویی پدید آمده است. این مکانیزم ترک های بوجود آمده در سطح را کنترل کرده و از گسترش سریع ترک در ساختار جلوگیری می کنند (بیشتر ترک ها در بدنه ی سرامیکی که باعث شکستن قطعه می شود از سطح شروع می شوند.
از روش های اشاره شده در بالا ، روش ایجاد ترک های مویی روشی ساده وعملی است. در واقع دو روش بعدی روش هایی ساده نیستند ودستیابی به آنها به فاکتورهای متنوعی بستگی دارد.

اکسید زیر کونیوم((zrO_2 که گاهی مواقع به آن زیر کونیا گفته می شود اکسیدی سفید رنگ از فلز زیرکونیوم است. زیر کونیا به صورت اکسید خالص در طبیعت وجود ندارد. این ماده در کافی های با دولیت (baddelyite) وزیر کن (zircon) (Zrsio_4 ) وجود دارد. این دوکانی طبیعی منابع عمده ی تأمین کننده ی زیرکونیا هستند. گستردگی منابع زیر کن بسیار زیاد است اما این کانی خلوص کمتری داشته وازاین رواستفاده از آن نیاز به فرایندهای آماده سازی زیادی است.
فراوری زیر کونیا نیازمند جدا سازی مواد ناخاسته وخالص سازی آن است. ناخالصی های مختلفی به همراه کانی های زیرکونیا دار وجود دارد. مثلاً یکی از ناخالصی های زیرکن سیلیس است.اکسید ها فنیوم نیز یکی از ناخالصی های زیر کونیا محسوب می شود. کانی با دولیت نیز دارای ناخالصی هایی همچون آهن واکسید تیتانیم می باشد. رسوبات زیرکونیا در برزیل و آفریقای جنوبی بیشتر است. ولی مقدار آن خیلی ناچیز است وارزش استخراج آن پایین است. به همین علت برای تولید اکسید زیرکونیوم باید به سراغ ترکیباتی که حاوی این اکسید است برویم. درواقع زیرکن به عنوان منبع تأمین کننده ی زیرکونیا است.زیرکن درکشورهایی مثل استرالیا، آمریکا ، هند ، سریلانکلا وجود دارد. البته زیر کن علاوه بر استفاده در تولید زیرکونیا درلعاب و... نیز کاربرد دارد. برای فراوری واستخراج زیرکونیا از زیرکن چندین روش وجود دارد که عبارتند از :
1) کلریناسیون
2) تجزیه به کمک هیدوکسیدهای قلیایی
3) ذوب قلیایی
4) تجزیه ی پلاسمایی
5) روش هم رسوبی شیمیایی
6) سایر روش ها (CVDو ...)

فازهای زیر کونیا
 

زیرکونیا دارای سه فاز مونوکلینیک ، تتراگونال وکیوبیک است.فازمونو کلینیک در درمای 1170C° به فاز تتراگونال و فاز تتراگونال در دمای 2370C° به فاز کیوبیک تبدیل می شود. (شکل 1)

عمده ترین فرم این ماده که در طبیعت وجود دارد مونو کلینیک است. فرم دما بالای آن (کیوبیک) به ندرت در طبیعت وجود دارد .منیرال تاز هرانیت (tazheranite) با فرمول Zr,Ti,Ca)o_2 ) یکی از مینرال هایی است که به صورت فاز کیوبیک است. از زیر کونیای کیوبیک که به صورت مصنوعی سنتز می شود به طور گسترده ای درساخت سنگ های تزئینی استفاده می شود. زیرکونیای کیوبیک شبیه ترین ماده به الماس است (شکل 2)

همانگونه که گفتیم زیرکونیا در دمای 1170C° از فاز مونوکلینک به تتراگونال تغییر فاز می دهد. این تغییر فاز با تغییر زیادی در پارامتر شبکه همراه است.یکی از پیامدهای این تغییر فاز، انبساط حجمی بزرگی است که درهنگام سرد کردن رخ می دهد وباعث می شود تولید قطعات زیرکونیای خالص امکان پذیر نباشد. (سرد کردن زیرکونیا در دمای1170C° باعث انبساط 5-3% می شود.)
برای تولید اجزای زیرکونیایی، این مسئله ضروری است که همه یا بخشی از زیرکونیا را به صورت کیوبیک یا تتراگونال تثبیت کنیم. این فرآیند تثبیت کردن بوسیله ی افزودن عوامل تثبیت کننده ایجاد می شود. افزودن مقادیر متنوعی از تثبیت کننده های فاز کیوبیک مانندMgo,CaO،O_3 Y_2 موجب تشکیل زیرکونیای تاحدی تثبیت شده (partially Stanlized Zirconia) می شود.
دربین سه فاز زیر کونیا فاز کیوبیک به لحاظ داشتن خواص ویژه از همه ی فازها شرایط بهتری دارد.
ونسبت به فازهای دیگر ترجیح داده می شود ازاین روتلاش می شود تا این فاز در بدنه حفظ گردد. بعد از فاز کیوبیک فازتتراگونال شرایط بهتری نسبت به فاز مونو کلینیک دارد.استفاده از اکسیدهای تثبیت کننده باعث باقی ماندن فازهای دما بالا دردمای اتاق وتولید قطعات با خواص ممتاز می شود.
اگردر دمای پایین ما تنها فاز کیوبیک یا تتراگونال داشته باشیم به آن زیرکونیای به طور کامل پایدار شده (Fully Stablized zirconia) می گوییم.
با استفاده از زیرکونیلی به طور کامل پایدار شده (FSZ) یا زیر کونیای تا حدی پایدار شده ( PSZ ) را می توان بدنه های پایدار تهیه کرد. این بدنه ها خواص ممتازی دارند که در ادامه به آنها می پردازیم.
افزوده شدن اکسیدهای تثبیت کننده سبب تشکیل محلول جامد می شود که در این حالت توجه به حد حلالیت اکسید در زیر کونیا یکی از مسائل مهم می باشد. لازم به ذکر است که افزایش Ca و Co می تواند سختی زیرکونیا را به طور قابل توجهی افزایش دهد. همچنین Mg می تواند چقرمگی را افزایش دهد ( KIC را افزایش می دهد)

ویژگی های کلیدی
 

ویژگی های خاص زیرکونیا که موجب استفاده از آن درکاربردهای متنوعی می شود عبارتند از:
1) استحکام بالا
2) تافنس شکست بالا
3) مقاومت سایشی استثنائی
4) سختی بالا
5) مقاومت شیمیایی استثنایی
6) تافنس بالا
7) دیرگدازی بالا
8) رسانایی یونی (یون اکسیژن)خوب
ویژگی های مهم سرامیک های زیرکونیایی به درجه تثبیت شدن ونوع تثبیت کننده وفرآیند تولید آن بستگی دارد.در جدول 1 ویژگی های چند نمونه از زیر کونیا آورده شده است.

علاوه برخصوصیات بیان شده در بالا برخی از ویژگی های زیرکونیا وجود دارد که باعث شده است این ماده یکی از مواد مهندسی پرکاربرد باشد. این ویژگی ها عبارتند از :
1) رفتار اصطلاکی مناسب
2) نداشتن خاصیت مغناطیسی
3) عایق الکتریکی بودن
4) رسانایی گرمایی پایین

انواع زیرکونیا
 

انواع مختلفی از زیر کونیا وجود دارد. این نوع های مختلف از زیر کونیا بوسیله ی محققین وتولید کنندگان ارائه گشته است.در واقع محققین برای بدست آوردن خواص مختلف، انواع مختلفی از زیر کونیا با فازهای مختلف تولید کرده اند. برخی از این فازها تنها در دماهای بالا پایدارند وبایدبه نحوه ای آنها را سرد کرد که بتوان این فازها را در دمای اتاق داشته باشیم. برخی از انواع زیر کونیا بوسیله ی مکانیزم های تافنینگ زیر کونیا تولید می گردند . برخی از آنها درجدول 2 به صورت لیست وار آورده شده است. اکسید های پایدار کننده مورد استفاده دراین مواد معمولاً به صورت پیشوند به حروف اختصاری جدول 2 افزوده می شود. برخی اوقات درصد ماده ی تثبیت کننده نیز ذکر می شود. مثال هایی از حروف اختصاری که به همراه انواع مختلف زیر کونیا استفاده می شوند عبارتند از A,Mg,Ce,Y که به ترتیب بدین معنا هستند . (Y_2 O_3،MgO,〖CeO〗_2، 〖AI〗_2 O_3 )
عبارت زیر 3Y-TZP بدین معنا ست که این محصول زیرکونیای تتراگونال و پلی کریستالی است که 3 درصد مولی (Y_2 O_3 ) دارد.

مقایسه ی خواص
درجدول 3 خواص گریدهای مختلف زیر کونیا آورده شده است.که این اطلاعات از منابع مختلفی گرد آوری وترکیب شده اند.

به هر حال همانند اکثر سرامیک ها، خواص مواد زیرکونیای نیزتابع فاکتورهای بسیاری مانند پودر اولیه و روش تولید و... است اکثر روش های تولید سرامیک ها برای زیرکونیا استفاده می شود مثلاً این روش ها عبارتند از : پرس خشک، پرس ایزو استاتیک، قالب گیری تزریقی، اکستروژن وریخته گری نواری در طی فرآیند تولید ممکن است ناخالصی هایی به بدنه افزوده شود که این ناخالصی ها خواص بدنه را کاهش می دهند.
منبع:ترجمه شده از تعدادی از منابع لاتین مانند : AZOM.COM

کاربردها
 

همانگونه که پیش از این گفته شد زیرکونیای خالص به خاطر استحکام پایین کاربرد ندارد. ولی افزوده شدن برخی ازاکسیدها باعث بهبود خواص مکانیکی آن می گردد.
دربرخی موارد، فاز تتراگونال می تواند فازی نیمه پایدار باشد. اگر میزان کافی از فاز تتراگونال نیمه پایدار در بدنه وجود داشته باشد وتنشی برآن اعمال شود، با افزایش میزان تنش درنوک ترک تبدیل فازی تتراگونال به مونوکلینیک رخ می دهد وافزایش حجم اتفاق می افتد. این افزایش حجم موجب می شود ترک تحت فشار قرار گرفته شود واز رشد آن جلوگیری شود. این مسئله موجب افزایش تافنس شکست می شود. این مکانیزم، مکانیزم افزایش تافنس از طریق تغییرات فازی زیر کونیا نامیده می شود. و می تواند موجب افزایش قابلیت اطمینان وعمر مفید محصولات تولیدی بوسیله ی زیر کونیای پایدار شده بشود.
یک نمونه ی خاص از زیر کونیا، زیر کونیای تتراگونال و پلی کریستال (zirconia polycrystalline tetragonal) نامیده می شود که به اختصارTZP نامیده می شود همانگونه که از اسم این نوع زیر کونیا معلوم است TZP ، زیر کونیایی است که به صورت پلی کریستال بوده وتنها از فاز نیمه پایدار تتراگونال تشکیل شده است.
فاز کپوبیک زیرکونیا همچنین دارای رسانایی گرمایی بسیار پایینی است. این مسئله منجر می شود تا از این ماده به عنوان پوشش مانع در برابر حرارت (TBC) در جت وموتورهای دیزل استفاه شود.استفاده از زیرکونیای کیوبیک دراین کاربردها اجازه می دهد تا دمای کاربری این وسایل را افزایش دهیم و بازده موتور را بالا ببریم (این مسأله از لحاظ ترمودینامیکی ثابت گشته است) در سال 2004 ، یک گروه تحقیقاتی بزرگ مشغول بهبود کیفیت و دوام این پوشش ها شدند. این نوع پوشش ها به عنوان ماده دیرگداز ، عایق، ساینده وبه عنوان لعاب فلزی وسرامیکی مصرف می شود. زیرکونیای پایدار شده در سنسورهای اکسیژن وغشاء های سلول سوختی استفاده می شوند. علت استفاده از آن دراین کاربردها این است که این ماده اجازه ی عبور آسان یون های اکسیژن را از میان ساختارش ( در دمای بالا) می دهد. این رسانایی یونی بالا (و رسانایی الکتریکی پایین) باعث می شود تا این ماده به عنوان یک الکتروسرامیک مهم مطرح گردد.
گاف انرژی زیرکونیا به نوع فاز (کیوبیک ، تتراگونال ، مونوکلینیک یا آمورف) و روش تولید بستگی دارد. مقدار این گا فسا بین7-5ev است.
این ماده همچنین درتولید زیر ساختارهای مورد استفاده درساخت و ترمیم دندان ها مانند تاج دندان واتصالات دندانی مصرف می شود. این زیرساختارها معمولاً بوسیله ی پرسلان های فلرسپاتی مرسوم پوشش دهی می شوند.
دی اکسید زیرکونیوم می تواند به صورت یک پودر سفید رنگ باشد که دارای خواص آمفوتری است. با توجه به نقطه ذوب بالا وخاصیت درخشان بودن، این ماده در تولید اجزای چراغ استفاده می شود. زیرکونیا یک ماده ی مهم دی الکتریک مهم می باشد. در واقع زیرکونیا یک دی الکتریک بالای بالاست .
(high-k-dielectric). این پیش بینی می شود که بتوان از آن به عنوان عایق ترانسیستور در وسایل نانوالکتریکی استفاده کرد.
درادامه به بیان برخی از کاربردهای زیرکونیا می پردازیم.

چاقو و قیچی ها
 

یکی از مشکلات عمده چاقو ها و قیچی های فلزی هنگامی ایجاد می شود که بخواهیم با یک چاقوی فلزی یک ماده ی با تافنس بالا مانند یک تکه پارچه ی کولار را ببریم. ویا بخواهیم تعداد زیادی برگه ی کاغذی را ببریم. دراین موارد معمولاً وسیله ی برش به سرعت کند می شود وکارایی خود را از دست می دهد.
چاقوها وقیچی های زیرکونیایی یک ماده ی مناسب برای این کاربردها هستند. این وسایل دیرتر کند می شوند. وزمان زیادتری تند باقی می مانند.
ویژگی های کلیدی که باعث می شود که زیرکونیا یک ماده ی مناسب برای این کاربردها باشد عبارتند از :
1) استحکام وتافنس شکست بالا به همراه سختی بالا (این سختی معمولاً بیشتر از موادی است که می خواهیم آنها را ببریم.)
2) اندازه ی دانه های ریز(ریزساختار مناسب) که باعث می شود بتوانیم گوشه های تیز بوجود آوریم
3) اثر افزایش تافنس از طریق تغییرات فازی زیرکونیا در لبه های ماشین کاری شده ی وسایل که موجب افزایش تافنس می شود.
کاربر دهای مشابه برای زیر کونیا عبارتند از تیغه های برنده ی فیلم های پلاستیکی ونوارهای مغناطیسی وسایر مواد ساینده
زیرکونیا همچنین در ساخت وسایل برنده ی کامپوزیتی وچرخ ها ساینده کاربرد دارد.

درزگیر و قطعات پمپ و واشرها
 

انتقال دوغاب ومواد شیمیایی خورنده یکی از مشکلاتی است که صنایع با آن روبرو هستند. دما وفشار بالای این محلول ها موجب پدید آمدن شرایط بسیار خورنده وفعال می شود. ویژگی های کلیدی که باعث می شود زیرکونیا یک ماده ی مناسب برای این کاربردها باشد عبارتند از:
1) مقاومت شیمیایی بالا
2) سختی بالا و مقاومت به سایش
3) سطح پایانی مناسب ومقاوم در برابر ایجاد رسوب که باعث می شود اصطکاک محلول با بدنه به حداقل برسد.
4) تافنس بالا که موجب جلوگیری از خسارت در هنگام برخورد قطعات جامد درحین کارمی شود.
5) ایمپلنت های ارتوپدی
زیرکونیا د رمفصل گوی و کاسه ای ران وبه عنوان گوی استفاده می شود. استحکام بالا وتافنس بالا اجازه می دهد تا اندازه ی امپلنت مفصل ران کوچکتر شود.این کوچکترشدن نیز باعث افزایش کارایی مفصل می شود . قابلیت پولیش خوردن این نوع امپلنت ها باعث می شود تا اصطکاک ناخواسته ی بوجود آمده در بخش های مختلف امپلنت کاهش یابد.
خنثی بودن شیمیایی این ماده دربرابر محیط های فیزیولوژیکی احتمال پدید آمدن عفونت ها را در این امپلنت ها کاهش می دهد.به خاطر همین مسئله تنها از ماده ی اولیه ی با رادیو اکتیوتیدی پایین می توان در تولید این گونه امپلنت ها استفاده کرد.

کاربردهای دیرگداز
 

پودر زیر کونیا (مونوکلینیک و نسبتاً پایدار شده ) درکامپوزیت های دیرگداز استفاده می شود. تا مقاومت به شک حرارتی ومقاومت به سایش افزایش یابد. این مواد درکاربردهای ویژه مانند صفحات لغزشی خروجی فولاد مذاب، قطعات غوطه ور در فولاد مذاب مانند میله ی مسدود کننده و به عنوان اجزای فازهای غوطه وری کاربرد دارند.

کاربردهای الکتریکی
 

کاربردهای الکتریکی والکترونیکی زیرکونیا بر پایه ی رسانایی الکتریکی نسبتاً پایین آن و رسانایی یونی بالای (رسانایی یون اکسیژن) زیرکونیای کاملاً پایدار شده قرار دارد. این ویژگی ها باعث می شوند که از زیر کونیا برای کاربردهای زیر استفاده شود:
1) المنت های حرارتی که می توانند در اتمسفر هوا و در رنج گسترده ای از دما کار کند.
2) سنسورهای اکسیژن که براساس قانون سلول نرنست کار می کنند.
3) الکترولیت در سلولهای سوختنی اکسید جامد.

سنگ های تزئینی مصنوعی
 

با ذوب زیرکونیا و پالایش و کریستالیزاسیون مجدد آن ، سنگ جواهر پدید می آید. این نوع سنگ جواهر به الماس ، یاقوت سرخ و زرد و زمرد سبز شبیه است. از این نوع زیرکونیا درساخت مشعل های پلاسما استفاده می شود. کاربرد دیگر این زیرکونیا استفاده از آن به عنوان عوامل جوانه زا درشیشه سرامیک هاست.

زیر کونیا جایگزین فولاد
 

جایگزینی زیرکونیا به جای فولاد سبب بهبود وسایل برش، مفاصل و وسایل پزشکی می شود. زیرکونیا سرامیکی است که استحکامی شبیه به فولاد دارد وسختی و مقاومت بالایی به خوردگی دارد . با توجه به ویژگی های گفته شده زیر کونیا پتانسیل بسیار خوبی برای استفاده شدن در صنعت و پزشکی را دارد. پره های توربین آبی که از زیر کونیا ساخته شده اند مثالی از این کاربردهاست. این نوع پره ها را می توان تر وبهتر شکل دهی کرد. همچنین آنها سطحی صاف تر از نوع فولادی دارند.
تاکنون استفاده های زیر کونیا به خاطر استحکام پایین آن و پدید آمدن ترک در هنگام قراگیری آن در دمای ( 600c° -100) ودر حضور آب، محدود بوده است. در واقع زیرکونیا به خاطر پدید آمدن فرایند تخریب هیدروترمال کاربرد کمی داشته است. با ترکیب شدن تکنیک های هندی وکار در مقیاس نانو، از پدیدآمدن این فرایند جلوگیری گشته است. در واقع با افزودن درصد کمی از موادی همچون آلومینا به زیر کونیا از پدید آمدن تخریب هیدروترمال جلوگیری می شود.
در ادامه به بیان روش های افزایش تافنس از طریق تغییرات فازی زیرکونیا می پردازیم

افزایش تافنس از طریق تغییرات فازی زیرکونیا
 

در ابتدای این مقاله توضیحات کاملی در مورد تغییرات فازی زیرکونیا با دما صحبت کردیم. در ادامه به بیان روش های استفاده از این مکانیزم ها در افزایش تافنس می پردازیم.
برای افزایش تافنس از طریق تغییرات فازی زیرکونیا روش هایی وجود دارد که سه روش از آنها عبارتست از
1) ایجاد ترک های مویی (Micro cracking)
2) القاء و ایجاد تنش (Stress induced)
3) تحت فشار قرار دادن لایه های سطحی (Compressive Surface Layers)

1) ایجاد ترک های مویی
 

دراین روش از ذرات زیرکونیای تثبیت نشده درفازی سرامیکی استفاده می کنیم. در واقع ذرات تثبیت نشده در زمینه ای از یک سرامیک پایدار مانند آلومینا قرار می گیرد. ذرات زیرکونیای مورد استفاده قابلیت تغییر فاز دارند. که در هنگام سرد شدن بدنه ی اصلی، تغیر فاز تتراگونال به مونو کلینیک رخ می دهد. این تغییر فاز باعث پدید آمدن انبساطی می شود که این انبساط ترک های بسیار ریزی در زمینه بوجودمی آورد. البته اندازه ی این ترک ها درحدی نیست که قطعه بشکند. عوامل مؤثر در هنگام پدیدآمدن این ترک های ریز عبارتند از :
الف) درصد زیرکونیای پودری
ب) اندازه ی ذرات زیرکونیایی
و.....
استحکام قطعه ی تولیدی به روش بالا افزایش می یابد. در واقع اگر در بدنه ی دارای ترک های مویی ایجاد ترکی بزرگ شود، با پخش شدن نیروی ترک درهنگام برخورد با ترک های مویی، استحکام بالا می رود.
برای آنکه بدنه ی تولیدی با این استحکام مناسب را داشته باشد باید توزیع ذرات نیز درست انجام شود. توزیع نامناسب باعث رسیدن میکروترک ها به همدیگر وشکسته شدن قطعه می شوند.
همچنین اندازه ی ذرات نیز باید در حدی معین باشند. اگر ذرات ما از یک حدی بزرگتر باشند. تنش های بیشتری ایجاد می شود. وترک ها دیگر ریز نخواهند بود. که این ترک ها بسیار خطرناک هستند. اگرذرات ما از یک حدی کوچکتر باشند نیروی وارده از طرف زمینه برذرات بیشتر بوده وتغییر فاز اتفاق نمی افتد.

2) القا وایجاد تنش
 

این روش نیز شباهت بسیار زیادی به روش بالا دارد. در واقع روش القا و ایجاد تنش حالتی خاص از روش ایجاد تنش های مویی است. ذرات به کار برده در روش القاوایجاد تنش از حد بحرانی کوچکترند وازاین رو درحین سردکردن قطعه نمی توانند تغییر فاز دهند. ساختار بدنه ی تولیدی به روش القا و ایجاد تنش از زمینه ای سرامیکی به همراه ذرات زیر کونیایی هستند که در فاز تتراگونال قرار دارند.علت عدم تبدیلی شدن آنها به فاز مونوکلینیک این است که این ذرات نتوانسته اند. بر نیروی وارد برآنها از طرف زمینه غلبه کرده وزمینه را ترک دهند. اما هر لحظه که نیروی وارده برآنها برداشته شود فرایند تغییر فازی اتفاق می افتد. درهنگام پدید آمدن یک ترک توسط نیروی خارجی نیز همین مسئله اتفاق می افتد وتغییر فازی اتفاق می افتد . ذره با تغییر فازی انبساط یافته ونوک ترک را می بندد ورشد ترک متوقف می شود. استحاله ی اتفاق افتاده دراین فرایند از نوع استحاله های مارتنزیتی است.

3) تحت فشار قرار دادن لایه های سطحی
 

این روش نیز شبیه به فرآیند القا وایجاد تنش است. با این تفاوت که با انجام عملیاتی تغییر فاز تتراگونال به مونوکلینک تنها در سطح قطعه اتفاق می افتد. یعنی ذرات زیرکونیا در بدنه وارد می شوند. ودرتمام بدنه توزیع می شوند. وپس از شکل دهی بدنه عملیات زینترینگ انجام می شود. وبه خاطر اینکه اندازه ی ذرات زیر کونیا ازحد بحرانی کوچکتر است. درحالت سردکردن تبدیل تتراگونال به مونوکلینیک اتفاق نمی افتد. پس از این مرحله با انجام فرآیندی مانند پولیش کردن این تغییر فاز در لایه های سطحی انجام می شود. عمق این لایه ها می تواند از 10 الی 100 میکرون باشد.

دراین حالت ریز ساختار بدین صورت است . که یک زمینه ی سرامیکی پایدار داریم که توزیعی از ذرات زیرکونیای تتراگونال درعمق قرار دارند. ودرسطح نیز به خاطر پدید آمدن استحاله ی تتراگونال به مونوکلینیک ترک هایی مویی پدید آمده است. این مکانیزم ترک های بوجود آمده در سطح را کنترل کرده و از گسترش سریع ترک در ساختار جلوگیری می کنند (بیشتر ترک ها در بدنه ی سرامیکی که باعث شکستن قطعه می شود از سطح شروع می شوند.
از روش های اشاره شده در بالا ، روش ایجاد ترک های مویی روشی ساده وعملی است. در واقع دو روش بعدی روش هایی ساده نیستند ودستیابی به آنها به فاکتورهای متنوعی بستگی دارد