Độ bền uốn của gốm sứ tiên tiến

Độ bền uốn, còn được gọi là độ bền uốn hoặc mô đun gãy, là một tính chất cơ học quan trọng, quyết định mức độ ứng suất mà vật liệu có thể chịu đựng trước khi gãy dưới tác dụng của tải trọng uốn. Trong gốm sứ tiên tiến, độ bền uốn đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu suất của vật liệu trong các ứng dụng kết cấu, mài mòn và sốc nhiệt.

Khác với kim loại có thể uốn cong trước khi gãy, gốm sứ dễ vỡ và không xảy ra biến dạng dẻo. Do đó, độ bền uốn của gốm sứ đặc biệt quan trọng trong thiết kế và tính toán kỹ thuật.

Đi đến

Tại sao chọn gốm sứ làm vật liệu cho các ứng dụng có độ bền uốn cao?

Các loại gốm sứ tiên tiến trở thành lựa chọn hàng đầu cho các bộ phận có hiệu suất cao vì những lý do sau:

Tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao: Các vật liệu gốm như nitrua silic và oxit zirconi có trọng lượng nhẹ nhưng vẫn sở hữu độ bền cơ học xuất sắc.
Độ ổn định nhiệt xuất sắc: Gốm sứ vẫn duy trì độ bền uốn ngay cả ở nhiệt độ trên 1000°C, vượt trội hơn hầu hết các kim loại và nhựa.
Chống mài mòn, chống ăn mòn: Phù hợp với môi trường chứa hóa chất, chất mài mòn hoặc độ ẩm.
Độ ổn định kích thước: Không xảy ra biến dạng dẻo dưới tải trọng, đảm bảo độ chính xác đồng nhất.
Kéo dài tuổi thọ: Duy trì độ bền cao ngay cả trong điều kiện tải trọng tuần hoàn và mỏi.

Dữ liệu về độ bền uốn của gốm sứ tiên tiến trọng điểm

Vật liệu gốm sứ	Độ bền uốn (MPa)
Zirconium oxide (ZrO₂)	800–1200
Silicon nitride (Si₃N₄)	700–1200
ZTA (Zirconia-Toughened Alumina)	600–800
Silicon carbide (SiC)	400–600
Aluminium oxide (Al₂O₃, 99.7%)	300–500
Nitrua nhôm (AlN)	300–400
Boron carbide (B₄C)	200–400
Oxit beo (BeO)	150–250
Glass ceramics that can be processed	100–150

*Dữ liệu chỉ mang tính tham khảo.

Bảng so sánh: Gốm sứ, kim loại và nhựa

Biểu đồ cột dưới đây hiển thị theo thứ tự giảm dần độ bền uốn (MPa) của các loại vật liệu kỹ thuật, từ gốm siêu cứng đến nhựa công nghiệp thông thường.

Gốm sứ

Kim loại

Nhựa

*Dữ liệu chỉ mang tính tham khảo.

*Kết luận: Mặc dù nhiều kim loại có độ bền và độ dẻo, nhưng chỉ có một số ít kim loại (ví dụ như hợp kim titan) có độ bền uốn gần bằng gốm sứ cao cấp. Nhựa thường kém xa.

Cần giúp đỡ để chọn gốm sứ phù hợp?

Lựa chọn vật liệu gốm có độ bền uốn cao phù hợp là yếu tố quan trọng để đảm bảo độ tin cậy lâu dài và hiệu suất tối ưu. Dù bạn cần gốm oxit zirconium, nitrit silic hay oxit nhôm, vật liệu của chúng tôi đều cung cấp độ bền, độ bền và độ chính xác hàng đầu trong ngành.

Đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi luôn sẵn sàng hỗ trợ bạn – hãy liên hệ với chúng tôi ngay lập tức, chúng tôi sẽ cung cấp cho bạn những lời khuyên chuyên nghiệp và tùy chỉnh theo yêu cầu cụ thể của bạn.

Liên hệ với chúng tôi

Ứng dụng dựa trên độ bền uốn của gốm sứ

Chất mang thiết bị bán dẫn (gốm oxit nhôm)

Ứng dụng: Bảng đỡ wafer trong buồng lắng đọng hoặc ăn mòn.
Lý do: Các tấm ván này phải chịu các chu kỳ nhiệt lặp đi lặp lại và tải trọng cơ học.
Ưu điểm: Gốm sứ có độ bền uốn cao (~900-1000 MPa), khả năng chống sốc nhiệt và ổn định kích thước tuyệt vời.
Ưu điểm: Ngăn ngừa hiện tượng cong vênh hoặc nứt vỡ trong quá trình gia công ở nhiệt độ cao, nâng cao tỷ lệ thành phẩm và độ tin cậy của quy trình, kéo dài tuổi thọ sử dụng trong môi trường khắc nghiệt, v.v.

Piston bơm cao áp (gốm zirconia)

Ứng dụng: Bộ phận piston trong bơm chất lỏng mài mòn hoặc ăn mòn.
Nguyên nhân: Piston chịu lực uốn và nén định kỳ dưới áp suất cao.
Ưu điểm: Độ bền uốn của SSiC khoảng 800–1000 MPa và có khả năng chống ăn mòn xuất sắc.
Ưu điểm: Không bị biến dạng hoặc gãy dưới tải trọng cơ học, có hiệu suất cao trong môi trường hóa học ăn mòn, chi phí bảo trì thấp, tuổi thọ cao.

Bạc đạn gốm (silicon nitride Si₃N₄)

Ứng dụng: Vòng bi gốm hỗn hợp
Nguyên nhân: Trong quá trình vận hành, quả bóng sẽ chịu tác động của tải trọng hướng tâm, lực ly tâm và rung động nhỏ.
Ưu điểm về vật liệu: Silic nitride có trọng lượng nhẹ, có độ bền và khả năng chống mỏi tuyệt vời.
Ưu điểm: Tốc độ quay cao hơn, không bị biến dạng do nhiệt, tuổi thọ cao hơn so với ổ trục thép, có thể hoạt động trong điều kiện chân không hoặc nhiệt độ cao mà không cần bôi trơn.

Đế LED và bảng mạch quản lý nhiệt (nitride nhôm)

Ứng dụng: Bảng mạch LED công suất cao và giá đỡ chip
Lý do: Tấm nền gốm mỏng phải chịu được uốn cong cơ học và ứng suất nhiệt.
Ưu điểm: Độ bền uốn của AlN khoảng 300–400 MPa, hệ số dẫn nhiệt >170 W/m·K.
Ưu điểm: Duy trì tính toàn vẹn cấu trúc trong chu trình nhiệt, hỗ trợ thu nhỏ thiết bị công suất, thực hiện tản nhiệt hiệu quả và có độ tin cậy lâu dài.

Giá đỡ cách điện cao áp (oxit nhôm 0)

Ứng dụng: Cột cách điện và khung kết cấu của trạm biến áp
Nguyên nhân: Tải trọng cơ học do gió, cáp và áp lực môi trường gây ra đòi hỏi độ cứng cao.
Ưu điểm: Gốm sứ nhôm oxit có độ bền đáng tin cậy (300-450 MPa) và độ bền lâu dài khi sử dụng ngoài trời.
Ưu điểm: Cấu trúc hỗ trợ bằng các thành phần điện tử đáng tin cậy, giảm thiểu tối đa quá trình lão hóa trong điều kiện ngoài trời, có tính năng cơ học và điện môi xuất sắc.

Phanh cao tốc (gốm ZTA)

Ứng dụng: Thành phần ma sát gốm trong hệ thống phanh
Lý do: Phanh đĩa phải chịu được lực cắt và lực uốn trong quá trình tuần hoàn nhiệt lặp đi lặp lại.
Ưu điểm: ZTA (zirconia-toughened alumina) có độ bền và độ cứng uốn cao (~600-800 MPa).
Ưu điểm: Tăng cường độ bền mài mòn, tuổi thọ cao hơn so với hệ thống kim loại, tăng cường an toàn trong điều kiện phanh cực đoan.

Cánh tay đỡ thiết bị y tế (có thể gia công bằng thủy tinh và gốm sứ)

Ứng dụng: Cánh tay hỗ trợ cấu trúc trong thiết bị CT, tia X và robot.
Lý do: Cánh tay đỡ cần có kích thước và độ cứng chính xác dưới tải trọng tĩnh hoặc động.
Ưu điểm: Độ bền uốn của MGC khoảng 150 MPa và có thể gia công với độ chính xác cao.
Ưu điểm: Độ chính xác kích thước cao, dễ gia công, cách điện và ổn định nhiệt, rất phù hợp cho sản xuất theo đơn đặt hàng với số lượng nhỏ.

Tổng quan

Lựa chọn vật liệu

Độ bền uốn của gốm sứ tiên tiến