Le ceramiche tecniche hanno un'elevata resistenza meccanica, durezza, resistenza all'usura, resistenza al calore e bassa densità. In termini di conducibilità, è un ottimo materiale isolante elettrico e termico.
Dopo uno shock termico, che è un rapido riscaldamento che provoca l'espansione della ceramica, la ceramica può sopportare sbalzi di temperatura improvvisi senza incrinarsi, rompersi o perdere la sua resistenza meccanica.
Lo shock termico, noto anche come "collasso termico", è la disintegrazione di qualsiasi sostanza solida causata da un improvviso cambiamento di temperatura. La variazione di temperatura può essere negativa o positiva, ma deve essere significativa in entrambi i casi.
Le sollecitazioni meccaniche si formano tra l'esterno (guscio) e l'interno (nucleo) di un materiale poiché si riscalda o si raffredda più velocemente all'esterno che all'interno.
Il materiale si danneggia irreparabilmente quando la differenza di temperatura supera una certa soglia. I seguenti fattori influiscono su questo valore critico di temperatura:
La modifica di uno o più elementi può spesso migliorare le prestazioni, ma come per tutte le applicazioni ceramiche, lo shock termico è solo una parte dell'equazione e qualsiasi modifica deve essere considerata nel contesto di tutti i requisiti prestazionali.
Quando si progetta qualsiasi prodotto ceramico, è fondamentale considerare il requisito complessivo e spesso trovare il miglior compromesso realizzabile.
Lo shock termico è spesso la principale causa di guasto nelle applicazioni ad alta temperatura. È composto da tre componenti: dilatazione termica, conducibilità termica e resistenza. I rapidi sbalzi di temperatura, sia verso l'alto che verso il basso, provocano differenze di temperatura all'interno della parte, simili a una crepa causata dallo sfregamento di un cubetto di ghiaccio contro un vetro caldo. A causa della variazione di espansione e contrazione, il movimento provoca crepe e cedimenti.
Non esistono soluzioni semplici al problema dello shock termico, ma possono essere utili i seguenti suggerimenti:
Selezionare un tipo di materiale che abbia alcune caratteristiche intrinseche di shock termico ma che soddisfi i requisiti dell'applicazione. I carburi di silicio sono eccezionali. I prodotti a base di allumina sono meno desiderabili, ma possono essere migliorati con un'adeguata progettazione. I prodotti porosi sono generalmente migliori di quelli impermeabili perché possono sopportare maggiori sbalzi di temperatura.
I prodotti con pareti sottili superano quelli con pareti spesse. Inoltre, evitare transizioni di grande spessore in tutta la parte. Le parti in sezione possono essere preferibili perché hanno meno massa e un design prefessurato che riduce lo stress.
Evita di utilizzare angoli acuti, in quanto questi sono i punti principali in cui si formano le crepe. Evitare di mettere in tensione la ceramica. Le parti possono essere progettate per essere precompresse per aiutare ad alleviare questo problema. Esaminare il processo di applicazione per vedere se è possibile fornire una variazione di temperatura più graduale, ad esempio preriscaldando la ceramica o rallentando la velocità di variazione della temperatura.
