Đặc tính của vật liệu gốm sứ tiên tiến

Zhi Hao Ceramics cung cấp đầy đủ các loại vật liệu gốm sứ tiên tiến như oxit, nitrit và cacbit, có tính chất cơ học, nhiệt học, điện học và hóa học xuất sắc, được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực có nhu cầu cao như hàng không vũ trụ, điện tử, bán dẫn, y tế, ô tô và năng lượng.

Chúng tôi không chỉ cung cấp vật liệu mà còn cam kết liên tục tối ưu hóa thiết kế và kết hợp tính năng của vật liệu để đáp ứng nhu cầu đa dạng của thị trường.

Trang này sẽ cung cấp một tổng quan hệ thống về các đặc tính cơ bản của các loại vật liệu gốm kỹ thuật thông dụng, đồng thời cung cấp bảng thông số kỹ thuật chi tiết để giúp bạn đưa ra quyết định khoa học khi lựa chọn vật liệu phù hợp.

  • Tính chất cơ học (ví dụ: độ bền uốn, mô đun Young, độ cứng, độ bền gãy)
  • Tính chất nhiệt (ví dụ: hệ số dẫn nhiệt, độ giãn nở nhiệt, nhiệt độ làm việc tối đa)
  • Đặc tính điện (ví dụ: độ bền điện môi, điện trở suất, hằng số điện môi)
  • Tính chất hóa học (như khả năng chống axit, chống oxy hóa, chống kiềm)

Đi đến

máy móc | Năng lượng nhiệt | điện | hóa học | Ứng dụng | FAQ

Tính chất cơ học

Các tính chất cơ học xác định hiệu suất của gốm sứ dưới tác động của các tải trọng cơ học như nén, kéo và uốn. Các tính chất này bao gồm độ cứng của gốm sứ, độ bền uốn, độ bền nén, mô đun Young và độ bền gãy. Các tính chất này rất quan trọng đối với các ứng dụng như gốm sứ chống mài mòn, ổ trục gốm sứ, phớt kín và các cấu trúc chịu tải trọng cao.

Giải thích các từ khóa liên quan:

  • Độ cứng gốm sứ: Chỉ khả năng chống lại vết lõm hoặc vết xước trên bề mặt.
  • Độ bền uốn của gốm sứ: Khả năng chống lại lực uốn mà không bị vỡ.
  • Mô đun Young của gốm sứ: Thước đo độ cứng dưới biến dạng đàn hồi.
  • Độ bền gãy của gốm sứ: Khả năng chống lại sự lan rộng của vết nứt và ngăn ngừa gãy vỡ.
  • Độ bền nén của gốm sứ: Tải trọng nén tối đa mà gốm sứ có thể chịu được.

Bảng thông số kỹ thuật cơ học

Vật liệu Độ cứng (Hv) Độ bền uốn (MPa) Mô đun đàn hồi (GPa) Độ bền gãy (MPa·m^1/2)
Aluminium oxide (99.7%) ~1800 300–400 370 3,5–4,5
Zirconium oxide (Y-TZP) ~1200 900–1200 210 8–10
ZTA20 ~1500 500–700 300 6–7
silicon nitride ~1550 800–1000 320 6–8
silicon carbide ~2500 400–550 410 3.0–4.0
nitrua nhôm ~1200 300–400 320 2,5–3,5
Gốm sứ có thể gia công ~500 150–200 65 1,5–2,0
Boron nitride (h-BN) ~100 <100 30 Không áp dụng
oxit berili ~1200 250–300 300 2,5–3,0

Tính chất nhiệt

Trong các ứng dụng liên quan đến nhiệt độ cao hoặc chu kỳ nhiệt nhanh, các đặc tính nhiệt là yếu tố quan trọng. Các đặc tính như hệ số dẫn nhiệt, hệ số giãn nở nhiệt và nhiệt độ sử dụng tối đa là rất quan trọng đối với các bộ tản nhiệt, vật liệu cách nhiệt chịu nhiệt cao và các bộ phận động cơ.

Giải thích các từ khóa liên quan:

  • Độ dẫn nhiệt của gốm sứ: Khả năng truyền nhiệt hiệu quả.
  • Hệ số giãn nở nhiệt: Mức độ giãn nở của vật liệu theo nhiệt độ.
  • Khả năng chống sốc nhiệt của gốm sứ: Khả năng chống nứt vỡ khi nhiệt độ thay đổi nhanh chóng.
  • Gốm sứ chịu nhiệt cao: Loại gốm sứ vẫn giữ được độ bền và tính ổn định ở nhiệt độ trên 1000°C.

Bảng thông số hiệu suất nhiệt

Vật liệu Độ dẫn nhiệt (W/m·K) Hệ số giãn nở nhiệt (10⁻⁶/K) Nhiệt độ làm việc tối đa (°C)
oxit nhôm 25–35 7.5 1500
Zirconium oxide 2–3 10–11 1000
Zinc thiourea 12–15 8–9 1450
silicon nitride 25–30 3.2 1300
silicon carbide 120–150 4.0 1600
nitrua nhôm 170–200 4.5 1000
Gốm sứ có thể gia công 1.5 9.0 800
boron nitride 30–50 1.0 900
oxit berili 250 8.0 1200

Đặc tính điện

Tính chất điện quyết định khả năng cách điện hoặc dẫn điện của vật liệu. Gốm sứ cách điện hoặc gốm sứ điện môi và các loại gốm sứ tiên tiến khác được ứng dụng rộng rãi trong tụ điện, vật liệu cách điện, bảng mạch in và thiết bị vi sóng.

Giải thích các từ khóa liên quan:

  • Điện áp chịu đựng của gốm sứ: Điện áp tối đa mà vật liệu có thể chịu đựng mà không bị phá vỡ điện.
  • Điện trở suất thể tích: Vật liệu có khả năng chống lại dòng điện.
  • Hằng số điện môi của gốm sứ: Hằng số điện môi của gốm sứ trong môi trường điện trường.

Bảng thông số kỹ thuật điện

Vật liệu Điện áp bền (kV/mm) Hằng số điện môi (1MHz) Điện trở suất thể tích (Ω·cm)
oxit nhôm 10–15 9–10 >10¹⁴
Zirconium oxide 7–9 22–30 >10¹⁰
Zinc thiourea 9–11 15–20 >10¹²
silicon nitride 12 8–9 >10¹⁴
silicon carbide ~5 9–10 ~10⁵–10⁶ (bán dẫn)
nitrua nhôm 12–15 8.5 >10¹³
Gốm sứ có thể gia công 6–8 6 >10¹²
boron nitride 4–5 4 >10¹⁵
oxit berili 9–10 6.5–7 >10¹⁴

Khả năng chống hóa chất

Tính ổn định hóa học quyết định khả năng chịu đựng môi trường hóa học khắc nghiệt của vật liệu. Gốm chống ăn mòn là vật liệu lý tưởng cho các thiết bị phản ứng hóa học, thiết bị bán dẫn và hệ thống tiệt trùng y tế.

Giải thích các từ khóa liên quan:

  • Khả năng chống ăn mòn của gốm sứ: Khả năng duy trì tính trơ hóa học khi tiếp xúc với các chất hóa học ăn mòn.
  • Tính ổn định hóa học của gốm sứ: Có khả năng chống lại sự phân hủy trong thời gian dài trong môi trường khắc nghiệt.
  • Gốm sứ trong môi trường axit và kiềm: Tính chất của gốm sứ khi tiếp xúc với axit, kiềm và dung môi.

Bảng so sánh tính kháng hóa chất

Vật liệu Khả năng chịu axit Khả năng chịu kiềm Khả năng chống oxy hóa
oxit nhôm tốt hơn Được rồi tốt hơn
Zirconium oxide Được rồi Thông thường Được rồi
Zinc thiourea tốt hơn Được rồi tốt hơn
silicon nitride tốt hơn Được rồi tốt hơn
silicon carbide tốt hơn tốt hơn tốt hơn
nitrua nhôm Thông thường 差 Thông thường
Gốm sứ có thể gia công Thông thường 差 Thông thường
boron nitride Được rồi 差 Tốt (trơ với HF)
oxit berili Được rồi Thông thường Được rồi

Ứng dụng dựa trên hiệu suất

Gốm sứ tiên tiến được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp nhờ vào các đặc tính vượt trội như độ bền cơ học cao, ổn định nhiệt, cách điện và kháng hóa chất. Phần này giới thiệu các trường hợp ứng dụng dựa trên các yêu cầu tính năng khác nhau, giúp kỹ sư và nhà phát triển sản phẩm lựa chọn vật liệu gốm sứ phù hợp nhất.

Các vật liệu gốm như oxit zirconium, oxit zirconium gia cường oxit nhôm (ZTA) và nitrua silic có độ bền uốn cao và độ bền gãy xuất sắc, khiến chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho các môi trường có yêu cầu cơ học cao.

Các ứng dụng điển hình bao gồm:

  • Van và van một chiều
  • Vòng bi và vòng bi con lăn
  • Công cụ cắt và lưỡi dao
  • Piston và trục bơm
  • Hỗ trợ kết cấu trong môi trường tải trọng cao

Đặc điểm chính:

  • Khả năng chống lại ứng suất cơ học và mỏi cơ học xuất sắc
  • Độ ổn định kích thước lâu dài
  • Khả năng chống va đập và chống nứt cao

Các vật liệu như oxit nhôm, ZTA và cacbua silic được sử dụng trong môi trường có ma sát cao hoặc mài mòn do độ cứng và khả năng chống mài mòn xuất sắc của chúng.

Các ứng dụng điển hình bao gồm:

  • Phốt cơ khí và ổ trượt
  • Lớp lót bơm và pít-tông
  • Vòi phun và ống dẫn
  • Dụng cụ dệt và kéo sợi

Đặc điểm chính:

  • Độ dẫn nhiệt cao, có tính cách điện
  • Khả năng chống sốc nhiệt tốt
  • Tương thích với hàn và mạ kim loại

Aluminum nitride, silicon carbide, and beryllium oxide have high thermal conductivity and are commonly used in electronic and optoelectronic systems to ensure effective heat dissipation.

Các ứng dụng điển hình bao gồm:

  • Radiator and heat sink
  • Giá đỡ đèn LED và điốt laser
  • Bảng mạch điện tử
  • Hệ thống cách nhiệt chân không

Đặc điểm chính:

  • Độ dẫn nhiệt cao, có tính cách điện
  • Khả năng chống sốc nhiệt tốt
  • Tương thích với hàn và mạ kim loại

Aluminium oxide, hexagonal boron nitride và gốm thủy tinh có thể gia công có độ bền điện môi và điện trở suất cao, phù hợp cho các ứng dụng trong các linh kiện điện tử cao áp, tần số cao và chính xác.

Các ứng dụng điển hình bao gồm:

  • Cách điện cao áp và ống bọc
  • Tấm nền tần số vô tuyến/vi sóng
  • Vacuum feedthrough
  • Đĩa hút tĩnh điện và bộ phận cách ly

Đặc điểm chính:

  • Đặc tính điện môi xuất sắc
  • Độ tổn thất điện môi thấp và hằng số điện môi ổn định
  • Độ tin cậy trong môi trường tần số cao

Đối với các trường hợp tiếp xúc với axit, kiềm và khí ăn mòn, các vật liệu như silicon carbide, nhôm oxit và silicon nitride là lựa chọn lý tưởng nhờ tính trơ hóa học và khả năng chống oxy hóa của chúng.

Các ứng dụng điển hình bao gồm:

  • Lớp lót bên trong bình phản ứng hóa học
  • Bộ phận khắc bán dẫn
  • Hệ thống xử lý chất lỏng
  • Các bộ phận xả khí và đốt cháy

Đặc điểm chính:

  • Chống axit, chống kiềm, chống chất oxy hóa
  • Ô nhiễm thấp, độ tinh khiết cao
  • Giữ ổn định trong môi trường nhiệt độ cao và hóa học

Glass Ceramic (MGC) có thể dễ dàng gia công bằng các công cụ truyền thống, rất phù hợp cho sản xuất số lượng nhỏ, hình dạng phức tạp và gia công nhanh.

Các ứng dụng điển hình bao gồm:

  • Dụng cụ kiểm tra và miếng đệm tùy chỉnh
  • Giá đỡ laser và linh kiện quang học
  • Phụ tùng tương thích với chân không
  • Phát triển thành phần và tạo mẫu nhanh

Đặc điểm chính:

  • Không cần nung kết, dễ gia công
  • Độ cách điện tốt
  • Ổn định trong điều kiện chân không và nhiệt độ cao

Trong lĩnh vực chế biến bán dẫn và thiết bị phân tích, các loại gốm sứ có độ tinh khiết cao như oxit nhôm (99,7%), nitrit nhôm và nitrit bo được ưa chuộng nhờ tính ổn định hóa học và mức độ ô nhiễm cực thấp.

Các ứng dụng điển hình bao gồm:

  • Bộ phận xử lý và hỗ trợ wafer
  • Các bộ phận buồng plasma chịu nhiệt
  • Giá đỡ quang học chính xác
  • Môi trường y tế và vô trùng

Đặc điểm chính:

  • Khí thải thấp và ô nhiễm tối thiểu
  • Đặc tính điện môi cao và đặc tính nhiệt
  • Tương thích với phòng sạch và điều kiện áp suất cực cao

Câu hỏi thường gặp về đặc tính của vật liệu gốm sứ

Việc lựa chọn gốm sứ tiên tiến phụ thuộc vào yêu cầu về tính năng của ứng dụng cụ thể. Dưới đây là một số ví dụ dựa trên các đặc tính nêu trên:

Hệ số dẫn nhiệt của oxit beryllium (BeO) là cao nhất (>230 W/m·K), tiếp theo là nitrit nhôm (AlN). Các vật liệu gốm này đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng điện tử công suất cao yêu cầu tản nhiệt hiệu quả.

Yttrium-stabilized zirconia (Y-TZP) và ZTA nổi tiếng với độ bền gãy cao và độ bền nén. Chúng thường được sử dụng trong các hệ thống cơ khí yêu cầu khả năng chống va đập và chống mỏi.

Hầu hết các loại gốm sứ tiên tiến đều là chất cách điện tốt, ví dụ như oxit nhôm và nitrua bo. Tuy nhiên, một số loại gốm sứ (ví dụ như cacbua silic) có tính chất bán dẫn và được sử dụng trong các thiết bị điện tử nhờ vào các đặc tính điện học đặc biệt của chúng.

Silicon carbide và nhôm oxit có khả năng chống axit, kiềm và oxy hóa cực mạnh, thường được sử dụng trong các nhà máy hóa chất, hệ thống thoát khí và phòng xử lý bán dẫn.

Mặc dù hầu hết các loại gốm kỹ thuật đều cứng và giòn, nhưng các vật liệu có thể gia công như gốm thủy tinh (ví dụ: MGC) lại dễ dàng gia công bằng các dụng cụ thông thường. Những vật liệu này rất phù hợp để chế tạo mẫu thử và các hình dạng phức tạp.

Tính năng của gốm sứ tiên tiến

Không chắc chắn loại vật liệu gốm nào phù hợp với ứng dụng của bạn?
Sử dụng biểu mẫu tương tác của chúng tôi để lựa chọn.

Hãy để chúng tôi giúp bạn chọn vật liệu phù hợp

Tại Zhi Hao Ceramics, chúng tôi tập trung vào việc cung cấp và gia công gốm kỹ thuật tiên tiến theo thiết kế và yêu cầu hiệu suất của bạn. Dù bạn đang phát triển sản phẩm mới hay cải tiến các thành phần hiện có, các kỹ sư vật liệu của chúng tôi sẽ hỗ trợ bạn lựa chọn loại gốm phù hợp nhất cho ngành của bạn.

  • Hướng dẫn lựa chọn vật liệu

  • Tùy chỉnh gia công và chế tạo mẫu

  • Cung cấp gốm sứ hiệu suất cao