INVESTIGAÇÃO
O que influencia a resistência ao choque térmico das cerâmicas técnicas?
2023-01-04


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As cerâmicas técnicas possuem alta resistência mecânica, dureza, resistência ao desgaste, resistência ao calor e baixa densidade. Em termos de condutividade, é um excelente material isolante elétrico e térmico.
Após um choque térmico, que é um aquecimento rápido que faz com que a cerâmica se expanda, a cerâmica pode suportar mudanças bruscas de temperatura sem rachar, quebrar ou perder sua resistência mecânica.

O choque térmico, também conhecido como "colapso térmico", é a desintegração de qualquer substância sólida causada por uma mudança repentina de temperatura. A mudança de temperatura pode ser negativa ou positiva, mas deve ser significativa em ambos os casos.
Tensões mecânicas se formam entre o exterior (casca) e o interior (núcleo) de um material à medida que ele aquece ou esfria mais rápido por fora do que por dentro.
O material é irreparavelmente danificado quando a diferença de temperatura excede um certo limite. Os seguintes fatores têm um impacto sobre este valor crítico de temperatura:

  • Coeficiente de expansão térmica linear

  • Condutividade térmica

  • razão de Poisson

  • módulo de elasticidade

 

A alteração de um ou mais deles geralmente melhora o desempenho, mas, como em todas as aplicações de cerâmica, o choque térmico é apenas uma parte da equação e qualquer alteração deve ser considerada no contexto de todos os requisitos de desempenho.


Ao projetar qualquer produto cerâmico, é fundamental considerar o requisito geral e frequentemente encontrar o melhor compromisso viável.


Choque térmico é freqüentemente a principal causa de falha em aplicações de alta temperatura. É composto de três componentes: expansão térmica, condutividade térmica e resistência. Mudanças rápidas de temperatura, tanto para cima quanto para baixo, causam diferenças de temperatura dentro da peça, semelhantes a uma rachadura causada pela fricção de um cubo de gelo contra um vidro quente. Devido à expansão e contração variáveis, o movimento causa rachaduras e falhas.

Não existem soluções simples para o problema do choque térmico, mas as seguintes sugestões podem ser úteis:

  • Selecione um tipo de material que tenha algumas características de choque térmico inerentes, mas que atenda aos requisitos da aplicação. Os carbonetos de silício são excelentes. Os produtos à base de alumina são menos desejáveis, mas podem ser melhorados com um design adequado. Os produtos porosos são geralmente melhores do que os impermeáveis porque podem suportar maiores mudanças de temperatura.

  • Produtos com paredes finas superam aqueles com paredes grossas. Além disso, evite grandes transições de espessura em toda a peça. As peças seccionais podem ser preferíveis porque têm menos massa e um design pré-rachado que reduz o estresse.

  • Evite usar cantos afiados, pois esses são locais privilegiados para a formação de rachaduras. Evite colocar tensão na cerâmica. As peças podem ser projetadas para serem pré-tensionadas para ajudar a aliviar esse problema. Examine o processo de aplicação para ver se é possível fornecer uma mudança de temperatura mais gradual, como pré-aquecer a cerâmica ou diminuir a taxa de mudança de temperatura.



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