Keramik zirkonia terkenal dengan kekuatannya yang luar biasa, yang merupakan keunggulannya dibandingkan keramik canggih lainnya. Bahkan, sering disebut "baja keramik" karena menggabungkan kekerasan keramik dengan ketangguhan yang menyaingi beberapa logam.
Untuk memahami kekuatannya, kita perlu membaginya menjadi dua sifat mekanik utama:
1. Kekuatan Lentur (atau Kekuatan Tekuk): Ketahanan terhadap patah saat ditekuk.
2. Ketangguhan Patah: Ketahanan terhadap perambatan retak.
1. Kekuatan Lentur: Ketahanan yang Mengesankan terhadap Pecah
Zirkonia memiliki salah satu kekuatan lentur tertinggi dari semua keramik.
# Kisaran Khas: 900 - 1.200 Megapascal (MPa)
# Untuk Perbandingan:
* Alumina (Aluminium Oksida): 300 - 550 MPa
* Silikon Karbida : 350 - 550 MPa
* Gelas Soda-Kapur: ~50 MPa
* Baja Ringan: ~400-500 MPa
Artinya dalam praktiknya: Komponen zirkonia dapat menahan tegangan lentur atau tarik dalam jumlah besar sebelum patah. Hal ini menjadikannya ideal untuk komponen struktural seperti bantalan, alat pemotong, dan implan yang berada di bawah beban konstan.
2. Ketangguhan Patah: "Game Changer"
Di sinilah zirkonia benar-benar bersinar. Kebanyakan keramik kuat tetapi rapuh—bayangkan piring porselen; itu kuat sampai terbentuk retakan kecil, lalu pecah secara dahsyat. Zirkonia berbeda karena mekanisme khusus yang disebut Transformation Toughening.
Cara Kerja Penguatan Transformasi:
1. Fase Stabil: Pada suhu kamar, zirkonia distabilkan dalam fase kristal tetragonal.
2. Retakan Bertemu Kristal: Ketika retakan yang merambat mendekati butiran zirkonia, medan tegangan di ujung retakan mengganggu keadaan stabil.
3. Transformasi: Butir zirkonia yang tertekan langsung berubah menjadi fase kristal monoklinik yang lebih stabil.
4. Ekspansi Volume: Transformasi fase ini disertai dengan ekspansi volume sebesar 3-4%.
5. Pelindung Retak: Perluasan ini "meremas" retakan dari samping, secara efektif menutupnya dan menghentikannya agar tidak menyebar lebih jauh.
Mekanisme seperti penyembuhan diri ini memberi zirkonia ketangguhan patah yang tak tertandingi di antara keramik oksida.
# Kisaran Khas: 5 - 10 MPa√m
# Untuk Perbandingan:
* Alumina (Aluminium Oksida): 3 - 5 MPa√m
* Silikon Karbida : 3 - 4 MPa√m
* Gelas Soda-Kapur: ~0,7 MPa√m
* Beberapa Baja: ~50-100 MPa√m (Catatan: Logam pada dasarnya jauh lebih keras)
Artinya dalam praktiknya: Zirkonia sangat tahan terhadap kerusakan. Keramik ini jauh lebih kecil kemungkinannya untuk rusak karena goresan kecil, benturan, atau cacat internal dibandingkan dengan keramik lainnya. Hal ini penting untuk aplikasi seperti bola sendi pinggul, di mana chipping atau kegagalan besar bukanlah suatu pilihan.
Faktor Yang Mempengaruhi Kekuatan Zirkonia
Nilai kekuatan di atas adalah untuk tipe yang paling umum, Polikristal Zirkonia Tetragonal Stabil Yttria (Y-TZP). Kekuatan dapat bervariasi berdasarkan:
* Oksida Penstabil: Yttria (Y₂O₃) adalah yang paling umum, tetapi ceria (CeO₂) dapat digunakan untuk menghasilkan kadar yang lebih keras.
* Pemrosesan: Kepadatan, ukuran butir, dan kemurnian yang dicapai selama produksi sangat penting. Porositas apa pun melemahkan produk akhir.
* Degradasi Suhu Rendah (LTD): Sebuah potensi kelemahan. Dengan adanya air atau uap pada suhu antara 100-300°C, permukaan Y-TZP dapat secara spontan berubah dari fase tetragonal ke fase monoklinik, yang menyebabkan retakan mikro dan hilangnya kekuatan secara bertahap seiring berjalannya waktu. Formulasi zirkonia modern sangat dioptimalkan untuk menahan efek ini.
Aplikasi Utama Memanfaatkan Kekuatannya
* Implan Medis: Bola sendi pinggul, penggantian lutut, dan mahkota/implan gigi (yang warnanya seperti gigi juga merupakan keuntungan utama).
* Peralatan Industri: Pisau pemotong, cetakan kawat, dan suku cadang tahan aus (misalnya segel pompa, ring).
* Barang Konsumsi: Kotak arloji, bilah pisau, dan bahkan komponen di ponsel pintar.
* Otomotif: Sensor (terutama sensor oksigen) yang beroperasi di lingkungan pembuangan yang panas.
Kesimpulannya, keramik zirkonia sangat kuat, namun ciri khasnya adalah ketangguhan patahnya yang tinggi. Kombinasi unik antara kekerasan, kekuatan, dan ketahanan terhadap kerusakan menjadikannya bahan pilihan untuk aplikasi berat di mana keramik lain terlalu rapuh.
Anda mungkin menyukai: Keramik Alumina, Keramik Silikon Nitrida
