Technische Keramik hat eine hohe mechanische Festigkeit, Härte, Verschleißfestigkeit, Hitzebeständigkeit und geringe Dichte. In Bezug auf die Leitfähigkeit ist es ein hervorragendes elektrisches und thermisches Isoliermaterial.
Nach einem Thermoschock, bei dem es sich um ein schnelles Erhitzen handelt, bei dem sich die Keramik ausdehnt, kann die Keramik plötzlichen Temperaturänderungen standhalten, ohne zu reißen, zu brechen oder ihre mechanische Festigkeit zu verlieren.
Thermoschock, auch als "thermischer Kollaps" bekannt, ist der Zerfall einer festen Substanz, der durch eine plötzliche Temperaturänderung verursacht wird. Die Temperaturänderung kann negativ oder positiv sein, muss aber in jedem Fall signifikant sein.
Zwischen dem Äußeren (Schale) und dem Inneren (Kern) eines Materials entstehen mechanische Spannungen, da es sich außen schneller erwärmt oder abkühlt als innen.
Das Material wird irreparabel geschädigt, wenn die Temperaturdifferenz eine bestimmte Schwelle überschreitet. Folgende Faktoren haben Einfluss auf diesen kritischen Temperaturwert:
Das Ändern eines oder mehrerer davon kann die Leistung oft verbessern, aber wie bei allen Keramikanwendungen ist der thermische Schock nur ein Teil der Gleichung, und alle Änderungen müssen im Zusammenhang mit allen Leistungsanforderungen betrachtet werden.
Bei der Entwicklung eines Keramikprodukts ist es entscheidend, die Gesamtanforderung zu berücksichtigen und häufig den besten praktikablen Kompromiss zu finden.
Thermischer Schock ist häufig die Hauptursache für Ausfälle bei Hochtemperaturanwendungen. Es besteht aus drei Komponenten: Wärmeausdehnung, Wärmeleitfähigkeit und Festigkeit. Schnelle Temperaturänderungen, sowohl nach oben als auch nach unten, verursachen Temperaturunterschiede innerhalb des Teils, ähnlich wie ein Riss, der entsteht, wenn ein Eiswürfel gegen ein heißes Glas gerieben wird. Aufgrund unterschiedlicher Ausdehnung und Kontraktion verursacht Bewegung Risse und Versagen.
Es gibt keine einfachen Lösungen für das Problem des Temperaturschocks, aber die folgenden Vorschläge können nützlich sein:
Wählen Sie eine Materialqualität, die einige inhärente Thermoschockeigenschaften aufweist, aber die Anforderungen der Anwendung erfüllt. Siliziumkarbide sind hervorragend. Auf Aluminiumoxid basierende Produkte sind weniger wünschenswert, aber sie können durch geeignetes Design verbessert werden. Poröse Produkte sind im Allgemeinen besser als undurchlässige, da sie größeren Temperaturänderungen standhalten können.
Produkte mit dünnen Wänden übertreffen diejenigen mit dicken Wänden. Vermeiden Sie außerdem große Dickenübergänge im gesamten Teil. Teilstücke können vorzuziehen sein, da sie weniger Masse und ein vorgerissenes Design haben, das Spannungen reduziert.
Vermeiden Sie die Verwendung scharfer Ecken, da dies die besten Stellen für die Bildung von Rissen sind. Spannungen auf die Keramik vermeiden. Teile können so konstruiert werden, dass sie vorgespannt sind, um dieses Problem zu lindern. Untersuchen Sie den Auftragsprozess, um zu sehen, ob es möglich ist, eine allmählichere Temperaturänderung bereitzustellen, z. B. durch Vorwärmen der Keramik oder Verlangsamen der Temperaturänderungsrate.
