Cirkonijum generalno ima tri kristalna oblika: monoklinski ZrO2(m-ZrO2), tetragonalni cirkonijum (t-ZrO2) i kubni ZrO2(c-ZrO2). Ispod 1170 stepeni je stabilna temperatura m-ZrO2, a njegova gustina je 5,68g cm-3; 1170 stepeni do 2370 stepeni je stabilan opseg t-ZrO2, a njegova gustina je 6,10g cm-3; 2370 stepeni do 2680 stepeni je stabilan opseg c-ZrO2ima gustinu od 6,27g·cm-3. Zbog promjena u vanjskim uvjetima, kristalni oblici cirkonija mogu se transformirati jedan u drugi. Na 1100~1200 stepeni, m-ZrO2će se transformisati u t-ZrO2; t-ZrO2 će se transformisati u c-ZrO2na oko 2370 stepeni; Formiranje jezgri je otežano, što rezultira kašnjenjem u temperaturi transformacije, te se općenito transformira u m-ZrO2na 850~1000 stepeni. Odnos između ZrO2transformacija kristala se izražava kao: m-ZrO2t-ZrO2c-ZrO2rješenje.
Kaljenje cirkonija u vatrostalnim materijalima
Dodavanje ZrO2poboljšanje performansi originalnog vatrostalnog materijala, posebno za poboljšanje njegove stabilnosti na termički udar, neodvojivo je od efekta učvršćivanja ZrO2. Postoje mnoge teorije o mehanizmu očvršćavanja ZrO2, a sljedeće su trenutno prepoznate.
1. Ojačanje fazne transformacije izazvano stresom
ZrO2u vatrostalnoj matrici će postojati u obliku t-ZrO2na temperaturi pečenja; kada se ohladi, transformiše se u m-ZrO2, praćeno povećanjem obima od 7 posto. Ali ograničena okolnom matricom, temperatura prijelaza iz t-ZrO2do m-ZrO2kapi. Unošenjem ove promjene u svojstva matrice, t-ZrO2može se održavati na sobnoj temperaturi. Prijelaz sa t-ZrO2do m-ZrO2se aktivira samo kada se matrica oko ZrO2smanjuje njegov efekat zatvaranja zbog vanjske sile. Eksterna energija se troši zbog fazne transformacije, kako bi se postiglo kaljenje materijala.
2. Kaljenje mikropukotina
U kompozitnom materijalu koji sadrži ZrO2, ako je veličina čestica t-ZrO2je veći od kritičnog prečnika, ekspanzija zapremine nastala kada je t-ZrO2transformiše se u m-ZrO2će uzrokovati više mikropukotina u blizini m-ZrO2. Kada je glavna pukotina podvrgnuta termičkom naprezanju ili drugim vanjskim silama, dio energije će se potrošiti pri susretu s tim mikropukotinama, što će povećati energiju potrebnu da se glavna pukotina proširi do određene mjere, čime se postiže otvrdnjavanje materijala.
3. Skretanje pukotine i kaljenje na savijanje
U višefaznim materijalima, zbog neusklađenosti između različitih faza, glavna pukotina će biti nagnuta i otklona do određene mjere prilikom prolaska oko čestica druge faze, produžavajući udaljenost širenja pukotine, što će trošiti više pokretačke sile potrebne za širenje pukotine. , kako bi se postigao efekat otvrdnjavanja materijala. Mehanizam kaljenja cirkonija je vrlo kompliciran, ali je sigurno da je cirkonijum kaljeni materijal barem rezultat istovremenog djelovanja gornja dva različita mehanizma za očvršćivanje.