Ceramika techniczna ma wysoką wytrzymałość mechaniczną, twardość, odporność na zużycie, odporność na ciepło i niską gęstość. Pod względem przewodności jest doskonałym materiałem izolacyjnym elektrycznym i termicznym.
Po szoku termicznym, czyli szybkim nagrzaniu powodującym rozszerzanie się ceramiki, ceramika może wytrzymać nagłe zmiany temperatury bez pękania, pękania lub utraty wytrzymałości mechanicznej.
Szok termiczny, znany również jako „zapaść termiczna”, to rozpad dowolnej substancji stałej spowodowany nagłą zmianą temperatury. Zmiana temperatury może być ujemna lub dodatnia, ale w obu przypadkach musi być znacząca.
Naprężenia mechaniczne powstają między zewnętrzną stroną materiału (powłoką) a wnętrzem (rdzeniem), ponieważ materiał nagrzewa się lub stygnie szybciej na zewnątrz niż wewnątrz.
Materiał ulega nieodwracalnemu uszkodzeniu, gdy różnica temperatur przekroczy określony próg. Na tę krytyczną wartość temperatury mają wpływ następujące czynniki:
Zmiana jednego lub więcej z nich może często poprawić wydajność, ale podobnie jak w przypadku wszystkich zastosowań ceramicznych, szok termiczny to tylko jedna część równania, a wszelkie zmiany należy rozpatrywać w kontekście wszystkich wymagań dotyczących wydajności.
Podczas projektowania dowolnego produktu ceramicznego niezwykle ważne jest rozważenie ogólnych wymagań i często znalezienie najlepszego wykonalnego kompromisu.
Szok termiczny jest często główną przyczyną awarii w zastosowaniach wysokotemperaturowych. Składa się z trzech elementów: rozszerzalności cieplnej, przewodności cieplnej i wytrzymałości. Gwałtowne zmiany temperatury, zarówno w górę, jak iw dół, powodują różnice temperatur wewnątrz części, podobnie jak pęknięcie spowodowane pocieraniem kostki lodu o gorącą szklankę. Ze względu na różne rozszerzanie i kurczenie się, ruch powoduje pękanie i awarię.
Nie ma prostych rozwiązań problemu szoku termicznego, ale przydatne mogą być następujące sugestie:
Wybierz gatunek materiału, który ma pewne charakterystyczne cechy szoku termicznego, ale spełnia wymagania aplikacji. Węgliki krzemu są wybitne. Produkty na bazie tlenku glinu są mniej pożądane, ale można je ulepszyć dzięki odpowiedniemu projektowi. Produkty porowate są generalnie lepsze niż produkty nieprzepuszczalne, ponieważ mogą wytrzymać większe zmiany temperatury.
Produkty o cienkich ściankach przewyższają produkty o grubych ściankach. Unikaj również dużych przejść grubości w całej części. Preferowane mogą być części przekrojowe, ponieważ mają mniejszą masę i wstępnie pękniętą konstrukcję, która zmniejsza naprężenia.
Unikaj używania ostrych narożników, ponieważ są to główne miejsca powstawania pęknięć. Unikaj napinania ceramiki. Części można zaprojektować tak, aby były wstępnie naprężone, aby pomóc złagodzić ten problem. Sprawdź proces aplikacji, aby zobaczyć, czy możliwe jest zapewnienie bardziej stopniowej zmiany temperatury, na przykład poprzez wstępne podgrzanie ceramiki lub spowolnienie tempa zmiany temperatury.
