技術陶瓷具有高機械強度、硬度、耐磨性、耐熱性和低密度。在導電性方面,它是一種優良的電絕緣和熱絕緣材料。
經過快速加熱導致陶瓷膨脹的熱衝擊後,陶瓷可以承受突然的溫度變化而不會開裂、破裂或失去其機械強度。
熱衝擊,也稱為“熱坍塌”,是任何固體物質因溫度突然變化而發生的分解。溫度變化可能是負的或正的,但在任何一種情況下都必須是顯著的。
材料的外部(外殼)和內部(核心)之間會形成機械應力,因為外部比內部加熱或冷卻得更快。
當溫差超過某個閾值時,材料將受到無法修復的損壞。以下因素對該臨界溫度值有影響:
線性熱膨脹係數
導熱係數
泊鬆比
彈性模量
更改其中一項或多項通常可以提高性能,但與所有陶瓷應用一樣,熱衝擊只是方程式的一部分,必須在所有性能要求的背景下考慮任何更改。
在設計任何陶瓷產品時,考慮整體要求並經常找到最佳可行折衷方案是至關重要的。
熱衝擊通常是高溫應用中出現故障的主要原因。它由三個部分組成:熱膨脹、導熱性和強度。快速的溫度變化,無論是上下變化,都會導致部件內部出現溫差,類似於冰塊在熱玻璃上摩擦造成的裂紋。由於膨脹和收縮的變化,運動會導致開裂和失效。
熱衝擊問題沒有簡單的解決方案,但以下建議可能有用:
選擇具有某些固有熱衝擊特性但滿足應用要求的材料等級。碳化矽是傑出的。氧化鋁基產品不太受歡迎,但可以通過適當的設計加以改進。多孔製品一般比不透水製品好,因為它們能承受更大的溫度變化。
薄壁產品優於厚壁產品。此外,避免在整個零件中出現較大的厚度過渡。分段零件可能更可取,因為它們質量更輕,而且採用預裂紋設計可減少應力。
避免使用尖角,因為這些是形成裂縫的主要位置。避免對陶瓷施加張力。零件可以設計成預應力以幫助緩解這個問題。檢查應用程序,看看是否可以提供更平緩的溫度變化,例如通過預熱陶瓷或減慢溫度變化的速度。