Tóm tắt về độ cứng của gốm sứ tiên tiến

Gốm sứ tiên tiến nổi tiếng với các tính chất cơ học vượt trội, trong đó độ cứng là một trong những đặc tính nổi bật và có giá trị nhất. Trong các ứng dụng hiệu suất cao trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, điện tử, y tế và công nghiệp, độ cứng đóng vai trò quan trọng đối với khả năng chống mài mòn, độ bền bề mặt và tính ổn định kích thước. Bài viết này thảo luận về khái niệm độ cứng của gốm sứ, so sánh với kim loại và nhựa, đồng thời cung cấp dữ liệu chi tiết về độ cứng của các vật liệu gốm sứ chính.

Độ cứng

Độ cứng là gì?

Độ cứng là khả năng của vật liệu chống lại biến dạng dẻo cục bộ (ví dụ: vết lõm, vết xước hoặc mài mòn). Đối với gốm sứ, thường sử dụng thử nghiệm độ cứng Vickers (HV). Trong thử nghiệm này, một đầu dò kim cương hình kim tự tháp được ấn vào bề mặt vật liệu dưới tải trọng tiêu chuẩn. Vết lõm càng nhỏ, vật liệu càng cứng. Do có liên kết ion/covalent mạnh mẽ và cấu trúc tinh thể xếp chồng chặt chẽ, độ cứng của gốm sứ tiên tiến vượt xa hầu hết các kim loại và polymer.

Mẹo nhỏ: Độ cứng cao không đồng nghĩa với độ dẻo dai cao. Ví dụ, silicon carbide và nhôm oxit mặc dù rất cứng, nhưng lại giòn hơn kim loại và dễ vỡ.

Tại sao độ cứng lại quan trọng như vậy trong ứng dụng gốm sứ tiên tiến?

  • Độ bền mài mòn: Gốm sứ cứng hơn có khả năng chống mài mòn, từ đó giảm thiểu sự suy giảm của các bộ phận.
  • Độ chính xác và độ ổn định kích thước: Rất phù hợp với các dung sai nghiêm ngặt trong gia công chính xác.
  • Lớp phủ chống nhiệt: Độ cứng được cải thiện giúp tăng khả năng chống lại sự ăn mòn nhiệt trong điều kiện khắc nghiệt.
  • Khả năng chống ăn mòn và hóa chất: Gốm cứng vẫn duy trì được tính toàn vẹn cấu trúc trong môi trường khắc nghiệt.

Dữ liệu về độ cứng của các loại gốm sứ tiên tiến chính

Vật liệu gốm sứ Độ cứng Rockwell (HV) Độ cứng Mohs Ghi chú
Silicon carbide (SiC) 2.500 – 3.100 9.5 Khả năng chống mài mòn vượt trội
Aluminium oxide (Al₂O₃) 1.800 – 2.200 9 Giá cả phải chăng và độ bền cao
Silicon nitride (Si₃N₄) 1.400 – 1.800 8,5 – 9 Bền bỉ và ổn định nhiệt
Gốm sứ ZTA 1.500 – 1.800 – 9 Cứng và dẻo dai
Zirconium oxide (ZrO₂) 1.200 – 1.400 8 – 8,5 Độ bền cao, độ cứng trung bình
Oxit beo (BeO) 1.200 – 1.400 ~9 Độ dẫn nhiệt cao
Nitrua nhôm (AlN) 1.100 – 1.300 ~8.5 Tính dẫn nhiệt
Glass ceramics that can be processed 450 – 600 ~6 Dễ gia công
Boron nitride (h-BN) 25 – 40 2 Rất mềm mại, tính bôi trơn tốt

*Dữ liệu chỉ mang tính tham khảo.

Cần giúp đỡ để chọn gốm sứ phù hợp?

Lựa chọn vật liệu gốm sứ phù hợp là yếu tố quan trọng để đảm bảo độ tin cậy lâu dài và hiệu suất tối ưu. Dù bạn cần gốm sứ oxit zirconium, nitrua 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 để nhận được tư vấn chuyên nghiệp, được tùy chỉnh theo nhu cầu cụ thể của bạn.

Bảng so sánh độ cứng: Gốm sứ, kim loại và nhựa

Biểu đồ thanh dưới đây hiển thị độ cứng Vickers (HV) của các loại vật liệu kỹ thuật khác nhau — từ gốm siêu cứng đến nhựa công nghiệp thông thường, được sắp xếp theo thứ tự từ cứng đến mềm.

Gốm sứ
Kim loại
Nhựa

*Dữ liệu chỉ mang tính tham khảo.

Ứng dụng dựa trên độ cứng của gốm sứ

Ứng dụng: Bơm, máy nén, máy khuấy và trục quay
Vật liệu sử dụng: Silic cacbua (SiC), oxit nhôm (Al₂O₃), oxit zirconi (ZrO₂)
Lý do: Độ cứng cực cao của nó đảm bảo khả năng chống mài mòn xuất sắc, ma sát thấp và tuổi thọ dài ngay cả trong điều kiện ăn mòn hoặc áp suất cao.

Ứng dụng: Bơm định lượng hóa học, hệ thống phun nhiên liệu, điều khiển chất lỏng áp suất cao
Vật liệu sử dụng: oxit nhôm, nitrua silic, ZTA, cacbua vonfram
Lý do: Độ cứng cao giúp chống lại sự ăn mòn và mỏi cơ học, duy trì độ kín khít và độ chính xác lưu lượng trong hàng triệu chu kỳ.

Ứng dụng: Máy công cụ CNC, thiết bị gia công wafer, cơ cấu trượt
Vật liệu sử dụng: Nitrua silic, oxit zirconium, oxit nhôm
Lý do: Độ cứng cao có thể cung cấp khả năng chống mài mòn bề mặt và chống trầy xước xuất sắc trong điều kiện vận hành tốc độ cao hoặc chuyển động dao động.

Ứng dụng: Phun cát, bơm bùn, phun nhiên liệu
Vật liệu sử dụng: cacbua silic, cacbua bo
Lý do: Độ cứng cao giúp giảm thiểu sự mài mòn, đặc biệt là trong môi trường có các chất mài mòn như cát, bột nhôm oxit hoặc bùn.

Ứng dụng: Con quay hồi chuyển hàng không vũ trụ, trục chính tốc độ cao, điện thoại nha khoa
Vật liệu sử dụng: Nitrua silic (Si₃N₄)
Lý do: Trọng lượng nhẹ nhưng cực kỳ cứng, có thể giảm mỏi và mài mòn do ma sát trong các ứng dụng tốc độ cao.

Ứng dụng: Áo giáp cá nhân, tấm giáp chống đạn, giáp xe.
Vật liệu sử dụng: Boron carbide, silicon carbide, aluminum oxide
Lý do: Trong số các vật liệu cứng nhất đã biết, gốm sứ cao cấp có khả năng chống va đập xuất sắc và mật độ thấp.

Ứng dụng: Máy dệt và hệ thống cuộn tự động
Vật liệu sử dụng: oxit nhôm, oxit zirconium
Lý do: Độ cứng bề mặt có thể chống lại các vết lõm và vết nứt do ma sát liên tục của ren hoặc dây kim loại gây ra.

Ứng dụng: Ép chính xác, kéo dây, tạo hình mài mòn
Vật liệu sử dụng: cacbua vonfram, cacbua silic
Lý do: Độ cứng cực cao cho phép kiểm soát kích thước nhất quán và tuổi thọ dài trong các hoạt động lặp lại cường độ cao.

Gốm sứ có độ cứng cao được khuyến nghị

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

Boron carbide (B₄C) là một trong những loại gốm cứng nhất được biết đến, với độ cứng Vickers lên đến 4500 HV. Nó được sử dụng trong các ứng dụng giáp và vật liệu mài mòn.

Gốm sứ có liên kết cộng hóa trị hoặc liên kết ion mạnh và cấu trúc tinh thể cứng, điều này hạn chế biến dạng dẻo, khác với kim loại có sự sắp xếp nguyên tử linh hoạt hơn.

Gốm cứng rất khó gia công bằng phương pháp truyền thống. Chúng cần được mài bằng kim cương, cắt bằng laser hoặc gia công bằng sóng siêu âm, nhưng ngoại trừ các loại gốm có thể gia công như MGC, chúng dễ gia công hơn.

ZTA và nitrua silic có sự kết hợp cân bằng giữa độ cứng và độ bền gãy, khiến chúng phù hợp cho các ứng dụng cơ khí đòi hỏi khắt khe.

Thông số kỹ thuật liên quan