Technische keramiek heeft een hoge mechanische sterkte, hardheid, slijtvastheid, hittebestendigheid en lage dichtheid. In termen van geleidbaarheid is het een uitstekend elektrisch en thermisch isolatiemateriaal.
Na een thermische schok, een snelle opwarming waardoor het keramiek uitzet, kan het keramiek plotselinge temperatuurveranderingen aan zonder te barsten, te breken of zijn mechanische sterkte te verliezen.
Thermische schok, ook wel "thermische ineenstorting" genoemd, is het uiteenvallen van een vaste stof veroorzaakt door een plotselinge temperatuurverandering. De temperatuurverandering kan negatief of positief zijn, maar moet in beide gevallen significant zijn.
Er ontstaan mechanische spanningen tussen de buitenkant (schil) en binnenkant (kern) van een materiaal omdat het aan de buitenkant sneller opwarmt of afkoelt dan aan de binnenkant.
Het materiaal wordt onherstelbaar beschadigd wanneer het temperatuurverschil een bepaalde drempel overschrijdt. De volgende factoren zijn van invloed op deze kritische temperatuurwaarde:
Het wijzigen van een of meer hiervan kan vaak de prestaties verbeteren, maar zoals bij alle keramische toepassingen is thermische schok slechts een deel van de vergelijking en moeten eventuele wijzigingen worden overwogen in de context van alle prestatie-eisen.
Bij het ontwerpen van een keramisch product is het van cruciaal belang om rekening te houden met de algemene vereisten en vaak het best werkbare compromis te vinden.
Thermische schokken zijn vaak de belangrijkste oorzaak van storingen bij toepassingen met hoge temperaturen. Het bestaat uit drie componenten: thermische uitzetting, thermische geleidbaarheid en sterkte. Snelle temperatuurveranderingen, zowel naar boven als naar beneden, veroorzaken temperatuurverschillen binnen het onderdeel, vergelijkbaar met een barst die wordt veroorzaakt door een ijsblokje tegen een heet glas te wrijven. Vanwege variërende uitzetting en samentrekking veroorzaakt beweging scheuren en falen.
Er zijn geen eenvoudige oplossingen voor het probleem van thermische schokken, maar de volgende suggesties kunnen nuttig zijn:
Selecteer een materiaalkwaliteit die enkele inherente thermische schokkenmerken heeft, maar voldoet aan de eisen van de toepassing. Siliciumcarbiden zijn uitstekend. Op aluminiumoxide gebaseerde producten zijn minder wenselijk, maar ze kunnen worden verbeterd met een goed ontwerp. Poreuze producten zijn over het algemeen beter dan ondoordringbare producten omdat ze grotere temperatuurschommelingen kunnen weerstaan.
Producten met dunne wanden presteren beter dan producten met dikke wanden. Vermijd ook grote dikteovergangen door het hele onderdeel. Gedeelte delen kunnen de voorkeur hebben omdat ze minder massa hebben en een voorgebarsten ontwerp dat spanning vermindert.
Vermijd het gebruik van scherpe hoeken, omdat dit de beste plek is om scheuren te vormen. Voorkom dat er spanning op het keramiek komt te staan. Onderdelen kunnen worden ontworpen om voorgespannen te zijn om dit probleem te helpen verlichten. Onderzoek het applicatieproces om te zien of het mogelijk is om een meer geleidelijke temperatuurverandering te bewerkstelligen, bijvoorbeeld door het keramiek voor te verwarmen of de snelheid van temperatuurverandering te vertragen.
