สมบัติของวัสดุเซรามิกขั้นสูง

ZhiHao Ceramics จัดหาวัสดุเซรามิกขั้นสูงที่หลากหลาย รวมถึงออกไซด์ ไนไตรด์ และคาร์ไบด์ ซึ่งแสดงคุณสมบัติทางกล ความร้อน ไฟฟ้า และเคมีที่โดดเด่น วัสดุเหล่านี้มีการประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในภาคส่วนที่มีความต้องการสูง เช่น อวกาศ อิเล็กทรอนิกส์ เซมิคอนดักเตอร์ เทคโนโลยีทางการแพทย์ ยานยนต์ และพลังงาน

เราไม่เพียงแต่จัดหาวัสดุเท่านั้น แต่ยังมุ่งมั่นที่จะปรับปรุงการออกแบบวัสดุและการผสมผสานประสิทธิภาพอย่างต่อเนื่องเพื่อตอบสนองความต้องการที่หลากหลายของตลาด

หน้านี้ให้ภาพรวมอย่างเป็นระบบเกี่ยวกับคุณสมบัติพื้นฐานของวัสดุเซรามิกทางเทคนิคที่ใช้กันทั่วไปหลายชนิด พร้อมตารางพารามิเตอร์วัสดุโดยละเอียดเพื่อช่วยคุณในการตัดสินใจอย่างมีข้อมูลเมื่อเลือกวัสดุที่เหมาะสม

  • คุณสมบัติทางกล (เช่น ความแข็งแรงดัดงอ, โมดูลัสของยัง, ความแข็ง, ความเหนียวต่อการแตกหัก)
  • คุณสมบัติทางความร้อน (เช่น ความนำความร้อน, การขยายตัวจากความร้อน, อุณหภูมิการทำงานสูงสุด)
  • คุณสมบัติทางไฟฟ้า (เช่น ความแข็งแรงของฉนวน, ความต้านทานไฟฟ้า, ค่าคงที่ของฉนวน)
  • สมบัติทางเคมี (เช่น ความต้านทานกรด, ความต้านทานการออกซิเดชัน, ความต้านทานด่าง)

คุณสมบัติทางกล

คุณสมบัติทางกลกำหนดว่าเซรามิกจะมีพฤติกรรมอย่างไรภายใต้แรงทางกล เช่น การบีบอัด การดึง และการดัด คุณสมบัติเหล่านี้รวมถึง ความแข็งของเซรามิก ความแข็งแรงในการดัด ความแข็งแรงในการบีบอัด โมดูลัสของยัง และความเหนียวต่อการแตกหัก คุณลักษณะดังกล่าวมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับเซรามิกที่ทนต่อการสึกหรอ ตลับลูกปืนเซรามิก ซีล และการใช้งานโครงสร้างที่ต้องรับน้ำหนักสูง

คำอธิบายของคำสำคัญที่เกี่ยวข้อง:

  • ความแข็งของเซรามิก: ความสามารถในการต้านทานการเกิดรอยบุ๋มหรือรอยขีดข่วนบนพื้นผิว
  • ความแข็งแรงในการดัดของเซรามิก: ความสามารถในการต้านทานแรงดัดโดยไม่เกิดการแตกหัก
  • โมดูลัสของยังของเซรามิก: มาตรวัดความแข็งภายใต้การเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่น
  • ความเหนียวต่อการแตกหักของเซรามิก: ความสามารถในการต้านทานการขยายตัวของรอยแตกและป้องกันการแตกหัก
  • ความแข็งแรงในการรับแรงอัดของเซรามิก: น้ำหนักสูงสุดที่เซรามิกสามารถทนทานได้

ตารางพารามิเตอร์สมบัติทางกล

วัสดุ ความแข็ง (Hv) ความแข็งแรงดัด (MPa) โมดูลัสของความยืดหยุ่น (กิกะปาสคาล) ความเหนียวต่อการแตกหัก (เมกะปาสคาล·เมตร¹/²)
อะลูมินา (ความบริสุทธิ์ 99.71%) ~1800 300–400 370 3.5–4.5
เซอร์โคเนียเสถียรด้วยอิทเทรียม (Y-TZP) ~1200 900–1200 210 8–10
ZTA20 ~1500 500–700 300 6–7
ซิลิคอนไนไตรด์ ~1550 800–1000 320 6–8
ซิลิกอนคาร์ไบด์ ~2500 400–550 410 3.0–4.0
อะลูมิเนียมไนไตรด์ ~1200 300–400 320 2.5–3.5
เซรามิกที่สามารถขึ้นรูปด้วยเครื่องจักรได้ ~500 150–200 65 1.5–2.0
โบรอนไนไตรด์ (h-BN) ~100 น้อยกว่า 100 30 ไม่สามารถใช้ได้
ออกไซด์ของเบริลเลียม ~1200 250–300 300 2.5–3.0

ประสิทธิภาพทางความร้อน

ในการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิสูงหรือการเปลี่ยนอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว คุณสมบัติทางความร้อนมีความสำคัญอย่างยิ่ง คุณลักษณะเช่น ความนำความร้อน, ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน, และอุณหภูมิการทำงานสูงสุด เป็นสิ่งสำคัญสำหรับฮีตซิงค์, ฉนวนความร้อนสูง, และชิ้นส่วนเครื่องยนต์

คำอธิบายของคำสำคัญที่เกี่ยวข้อง:

  • การนำความร้อนของเซรามิก: ความสามารถที่มีประสิทธิภาพในการถ่ายเทความร้อน
  • สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน: ระดับที่วัสดุขยายตัวเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น
  • ความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วของเซรามิก: ความต้านทานต่อการแตกร้าวภายใต้การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว
  • เซรามิกทนความร้อนสูง: เซรามิกที่ยังคงความแข็งแรงและความเสถียรไว้ได้ที่อุณหภูมิสูงกว่า 1000°C

ตารางพารามิเตอร์ประสิทธิภาพความร้อน

วัสดุ การนำความร้อน (วัตต์ต่อเมตรเคลวิน) สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (10⁻⁶/K) อุณหภูมิการทำงานสูงสุด (°C)
อะลูมินา 25–35 7.5 1500
เซอร์โคเนียมออกไซด์ 2–3 10–11 1000
สังกะสีไทโอเอีย 12–15 8–9 1450
ซิลิคอนไนไตรด์ 25–30 3.2 1300
ซิลิกอนคาร์ไบด์ 120–150 4.0 1600
อะลูมิเนียมไนไตรด์ 170–200 4.5 1000
เซรามิกที่สามารถขึ้นรูปด้วยเครื่องจักรได้ 1.5 9.0 800
บอรอนไนไตรด์ 30–50 1.0 900
ออกไซด์ของเบริลเลียม 250 8.0 1200

ประสิทธิภาพทางไฟฟ้า

คุณสมบัติทางไฟฟ้าเป็นตัวกำหนดความสามารถของวัสดุในการเป็นฉนวนหรือการนำไฟฟ้า เซรามิกขั้นสูง เช่น เซรามิกฉนวนไฟฟ้าหรือเซรามิกไดอิเล็กทริก ถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในตัวเก็บประจุ ฉนวนกันไฟฟ้า แผงวงจร และอุปกรณ์ไมโครเวฟ

คำอธิบายของคำสำคัญที่เกี่ยวข้อง:

  • ค่าความแข็งแรงไดอิเล็กทริกของเซรามิก: แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่วัสดุสามารถทนได้โดยไม่เกิดการแตกตัวทางไฟฟ้า
  • ความต้านทานต่อปริมาตร: ความต้านทานของวัสดุต่อการไหลของกระแสไฟฟ้า
  • ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของเซรามิก: ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของเซรามิกภายใต้สนามไฟฟ้า

ตารางพารามิเตอร์ประสิทธิภาพทางไฟฟ้า

วัสดุ ค่าความแข็งแรงของไดอิเล็กทริก (กิโลโวลต์ต่อมิลลิเมตร) ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก (1 MHz) ความต้านทานต่อปริมาตร (โอห์ม·เซนติเมตร)
อะลูมินา 10–15 9–10 สิบยกกำลังสิบสี่
เซอร์โคเนียมออกไซด์ 7–9 22–30 10 ยกกำลัง 10
สังกะสีไทโอเอีย 9–11 15–20 10 ยกกำลัง 12
ซิลิคอนไนไตรด์ 12 8–9 สิบยกกำลังสิบสี่
ซิลิกอนคาร์ไบด์ ~5 9–10 ประมาณ 10⁵–10⁶ (สารกึ่งตัวนำ)
อะลูมิเนียมไนไตรด์ 12–15 8.5 10 ยกกำลัง 13
เซรามิกที่สามารถขึ้นรูปด้วยเครื่องจักรได้ 6–8 6 10 ยกกำลัง 12
บอรอนไนไตรด์ 4–5 4 10 ยกกำลัง 15
ออกไซด์ของเบริลเลียม 9–10 6.5–7 สิบยกกำลังสิบสี่

ความต้านทานต่อสารเคมี

ความเสถียรทางเคมีเป็นตัวกำหนดความสามารถของวัสดุในการทนต่อสภาพแวดล้อมทางเคมีที่รุนแรง เซรามิกที่ทนต่อการกัดกร่อนเป็นวัสดุที่เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ทางเคมี อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ และระบบฆ่าเชื้อทางการแพทย์

คำอธิบายของคำสำคัญที่เกี่ยวข้อง:

  • ความต้านทานการกัดกร่อนของเซรามิก: ความสามารถในการรักษาความเฉื่อยทางเคมีเมื่อสัมผัสกับสารกัดกร่อน
  • ความเสถียรทางเคมีของเซรามิก: สามารถทนต่อการเสื่อมสภาพในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเป็นระยะเวลานาน
  • เซรามิกในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดและด่าง: พฤติกรรมของเซรามิกเมื่อสัมผัสกับกรด, ด่าง, และตัวทำละลาย

ตารางเปรียบเทียบความต้านทานสารเคมี

วัสดุ ความต้านทานกรด ความต้านทานต่อด่าง คุณสมบัติต้านอนุมูลอิสระ
อะลูมินา ค่อนข้างดี เอาล่ะ ค่อนข้างดี
เซอร์โคเนียมออกไซด์ เอาล่ะ โดยทั่วไป เอาล่ะ
สังกะสีไทโอเอีย ค่อนข้างดี เอาล่ะ ค่อนข้างดี
ซิลิคอนไนไตรด์ ค่อนข้างดี เอาล่ะ ค่อนข้างดี
ซิลิกอนคาร์ไบด์ ค่อนข้างดี ค่อนข้างดี ค่อนข้างดี
อะลูมิเนียมไนไตรด์ โดยทั่วไป โดยทั่วไป
เซรามิกที่สามารถขึ้นรูปด้วยเครื่องจักรได้ โดยทั่วไป โดยทั่วไป
บอรอนไนไตรด์ เอาล่ะ ดี (เฉื่อยต่อกรดไฮโดรฟลูออริก)
ออกไซด์ของเบริลเลียม เอาล่ะ โดยทั่วไป เอาล่ะ

แอปพลิเคชันที่อิงตามประสิทธิภาพ

เซรามิกขั้นสูงมีการประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมที่หลากหลายเนื่องจากความแข็งแรงทางกลที่ยอดเยี่ยม ความเสถียรทางความร้อน คุณสมบัติการเป็นฉนวนไฟฟ้า และความต้านทานต่อสารเคมี ส่วนนี้จะนำเสนอกรณีศึกษาการประยุกต์ใช้ที่ปรับให้เหมาะสมกับความต้องการด้านประสิทธิภาพที่แตกต่างกัน เพื่อช่วยวิศวกรและนักพัฒนาผลิตภัณฑ์ในการเลือกวัสดุเซรามิกที่เหมาะสมที่สุด

เซรามิก เช่น เซอร์โคเนีย เซอร์โคเนีย-ทักเคนด์ อะลูมินา (ZTA) และซิลิคอน ไนไตรด์ แสดงความแข็งแรงในการดัดงอสูงและความเหนียวต่อการแตกหักที่ยอดเยี่ยม ทำให้เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่ต้องการข้อกำหนดทางกลที่เข้มงวด

การใช้งานทั่วไปได้แก่:

  • ที่นั่งวาล์วและวาล์วกันกลับ
  • ลูกปืนลูกกลิ้งและลูกปืนลูกกลิ้ง
  • เครื่องมือตัดและเม็ดมีด
  • ปั๊มลูกสูบและเพลา
  • การรองรับโครงสร้างในสภาพแวดล้อมที่มีน้ำหนักสูง

คุณสมบัติเด่น:

  • ทนทานต่อแรงกดดันทางกลและแรงเสียดสีได้อย่างยอดเยี่ยม
  • ความคงตัวทางมิติในระยะยาว
  • ทนต่อแรงกระแทกสูงและทนต่อรอยร้าว

วัสดุเช่น อะลูมินา, ZTA และซิลิคอนคาร์ไบด์ ถูกนำมาใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีความเสียดทานสูงหรือมีการขัดถู เนื่องจากความแข็งและความทนทานต่อการสึกหรอที่ยอดเยี่ยม

การใช้งานทั่วไปได้แก่:

  • ซีลกลไกและแบริ่งธรรมดา
  • การบุซับในปั๊มและลูกสูบ
  • หัวฉีดและท่อ
  • เครื่องมือสำหรับงานทอผ้าและการดึงลวด

คุณสมบัติเด่น:

  • การนำความร้อนสูง พร้อมคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้า
  • ทนต่อความร้อนและเย็นได้ดี
  • ความเข้ากันได้กับการเชื่อมและการเคลือบโลหะ

อะลูมิเนียมไนไตรด์ ซิลิคอนคาร์ไบด์ และออกไซด์ของเบอริลเลียม มีคุณสมบัติการนำความร้อนสูง และมักถูกนำมาใช้ในระบบอิเล็กทรอนิกส์และระบบออปโตอิเล็กทรอนิกส์เพื่อให้การระบายความร้อนมีประสิทธิภาพ

การใช้งานทั่วไปได้แก่:

  • หม้อน้ำและฮีตซิงค์
  • ตัวยึดไดโอด LED และเลเซอร์
  • แผ่นฐานอิเล็กทรอนิกส์กำลัง
  • ฉนวนระบบสุญญากาศ

คุณสมบัติเด่น:

  • การนำความร้อนสูง พร้อมคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้า
  • ทนต่อความร้อนและเย็นได้ดี
  • ความเข้ากันได้กับการเชื่อมและการเคลือบโลหะ

อะลูมินา, ไนไตรด์บอรอนเฮกซะโกนัล และแก้วเซรามิกที่สามารถตัดได้ มีค่าความต้านทานไฟฟ้าสูงและความต้านทานไฟฟ้าสูง ทำให้เหมาะสำหรับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความดันไฟฟ้าสูง, ความถี่วิทยุ และที่มีความแม่นยำสูง

การใช้งานทั่วไปได้แก่:

  • ฉนวนและบุชชิ่งแรงดันสูง
  • วัสดุพื้นฐานสำหรับคลื่นความถี่วิทยุ/ไมโครเวฟ
  • ช่องผ่านสูญญากาศ
  • หัวจับแบบสถิตไฟฟ้าและส่วนประกอบสำหรับการแยก

คุณสมบัติเด่น:

  • คุณสมบัติไดอิเล็กทริกที่ยอดเยี่ยม
  • การสูญเสียไดอิเล็กทริกต่ำและค่าคงที่ไดอิเล็กทริกที่เสถียร
  • ประสิทธิภาพความน่าเชื่อถือในสภาพแวดล้อมความถี่สูง

สำหรับการใช้งานที่ต้องสัมผัสกับกรด, ด่าง และก๊าซกัดกร่อน วัสดุเช่น ซิลิคอนคาร์ไบด์, อะลูมิเนียมออกไซด์ และซิลิคอนไนไตรด์ เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมอย่างยิ่งเนื่องจากความเฉื่อยทางเคมีและความต้านทานการกัดกร่อนออกซิเดชัน

การใช้งานทั่วไปได้แก่:

  • การบุภายในเครื่องปฏิกรณ์ทางเคมี
  • ส่วนประกอบสำหรับการกัดเซาะสารกึ่งตัวนำ
  • ระบบจัดการของเหลว
  • ส่วนประกอบของไอเสียและการเผาไหม้

คุณสมบัติเด่น:

  • ทนกรด ทนด่าง ทนสารออกซิไดซ์
  • มลพิษต่ำ ความบริสุทธิ์สูง
  • รักษาเสถียรภาพภายใต้ความร้อนสูงและในสภาพแวดล้อมทางเคมี

เซรามิกแก้วที่สามารถตัดได้ (MGC) สามารถขึ้นรูปได้ง่ายโดยใช้เครื่องมือทั่วไป ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตในปริมาณน้อย รูปทรงที่ซับซ้อน และการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว

การใช้งานทั่วไปได้แก่:

  • ฟิกซ์เจอร์ทดสอบและตัวเว้นระยะที่ปรับแต่งตามความต้องการ
  • ตัวยึดส่วนประกอบเลเซอร์และออปติคอล
  • ส่วนประกอบที่เข้ากันได้กับระบบสุญญากาศ
  • ส่วนประกอบของการวิจัยและพัฒนาและการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว

คุณสมบัติเด่น:

  • ไม่ต้องเผา, ง่ายต่อการประมวลผล
  • คุณสมบัติการเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม
  • คงตัวภายใต้สุญญากาศและที่อุณหภูมิสูง

ในสาขาต่าง ๆ เช่น การประมวลผลเซมิคอนดักเตอร์และเครื่องมือวิเคราะห์ เซรามิกที่มีความบริสุทธิ์สูง เช่น อะลูมิเนียมออกไซด์ (99.71%) อะลูมิเนียมไนไตรด์ และโบรอนไนไตรด์ เป็นที่นิยมเนื่องจากมีระดับการปนเปื้อนต่ำเป็นพิเศษและมีความเสถียรทางเคมี

การใช้งานทั่วไปได้แก่:

  • ส่วนประกอบสำหรับการจัดการและรองรับเวเฟอร์
  • ส่วนประกอบห้องทนพลาสมา
  • ตัวยึดออปติคัลความแม่นยำสูง
  • สภาพแวดล้อมทางการแพทย์และปลอดเชื้อ

คุณสมบัติเด่น:

  • การปล่อยไอเสียต่ำและมลพิษน้อย
  • คุณสมบัติทางไดอิเล็กทริกสูงและคุณสมบัติทางความร้อน
  • ใช้งานร่วมกับห้องปลอดเชื้อและสภาวะความดันสูงพิเศษได้

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับคุณสมบัติของวัสดุเซรามิก

การเลือกเซรามิกขั้นสูงขึ้นอยู่กับความต้องการด้านประสิทธิภาพของการใช้งานเฉพาะ ตัวอย่างต่อไปนี้อิงตามลักษณะที่กล่าวถึงข้างต้น:

ออกไซด์ของเบอรีลเลียม (BeO) แสดงค่าการนำความร้อนสูงสุด (>230 W/m·K) ตามด้วยไนไตรด์ของอะลูมิเนียม (AlN) เซรามิกเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการระบายความร้อนในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง

เซอร์โคเนียที่เสถียรด้วยอิทเทรียม (Y-TZP) และ ZTA เป็นที่รู้จักกันดีในด้านความเหนียวต่อการแตกหักและความแข็งแรงในการรับแรงอัดสูง มักถูกนำมาใช้ในระบบกลไกที่ต้องการความทนทานต่อแรงกระแทกและการรับแรงล้า

เซรามิกขั้นสูงส่วนใหญ่เป็นฉนวนไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม เช่น อะลูมินาและบอรอนไนไตรด์ อย่างไรก็ตาม เซรามิกบางชนิด เช่น ซิลิคอนคาร์ไบด์ มีคุณสมบัติเป็นสารกึ่งตัวนำและถูกนำไปใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เนื่องจากคุณสมบัติทางไฟฟ้าเฉพาะตัว

ซิลิคอนคาร์ไบด์และอะลูมิเนียมออกไซด์มีความต้านทานต่อกรด ด่าง และการออกซิเดชันได้อย่างยอดเยี่ยม และมักถูกนำไปใช้ในโรงงานเคมี ระบบไอเสีย และห้องปฏิบัติการแปรรูปสารกึ่งตัวนำ

ในขณะที่เซรามิกทางเทคนิคส่วนใหญ่มีความแข็งและเปราะ เซรามิกแก้วที่สามารถกลึงได้ เช่น MGC สามารถกลึงได้โดยใช้เครื่องมือทั่วไป วัสดุเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการทำต้นแบบและรูปทรงที่ซับซ้อน

คุณสมบัติขั้นสูงของเซรามิก

ไม่แน่ใจว่าจะเลือกวัสดุเซรามิกชนิดใดที่เหมาะกับการใช้งานของคุณ?
กรุณาใช้แบบฟอร์มโต้ตอบของเราเพื่อทำการเลือกของคุณ

ให้เราช่วยคุณเลือกวัสดุที่เหมาะสม

ที่ Zhihao Ceramics เราเชี่ยวชาญในการจัดหาและแปรรูปเซรามิกเทคนิคขั้นสูงที่ปรับแต่งตามการออกแบบและข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของคุณ ไม่ว่าคุณจะกำลังพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่หรือปรับปรุงส่วนประกอบที่มีอยู่ วิศวกรวัสดุของเราสามารถช่วยคุณเลือกเซรามิกที่เหมาะสมที่สุดสำหรับอุตสาหกรรมของคุณ

  • คู่มือการเลือกวัสดุ

  • การกลึงตามสั่งและการทำต้นแบบ

  • การจัดหาเซรามิกประสิทธิภาพสูง