先进陶瓷的抗热冲击性能

抗热震性是指材料承受温度快速变化而不开裂或失效的能力。先进陶瓷虽然以其硬度和强度而闻名，但由于其固有的脆性和较低的热膨胀耐受性，很容易受到温度骤变的影响。因此，在选择用于高温高应力环境的陶瓷时，抗热震性是一个关键指标。

Đi đến

抗热震性的重要 | dữ liệu | Liên hệ với chúng tôi | Bảng so sánh | Ứng dụng | Vật liệu gốm sứ quan trọng | FAQ | Sản phẩm liên quan

Khả năng chịu sốc nhiệt

为什么抗热震性对陶瓷如此重要

陶瓷通常在温度变化极端且不可预测的环境中运行：

  • 机械密封和轴承：高速旋转后突然接触冷却剂。
  • 等离子和激光喷嘴：反复暴露于热气体并快速冷却。
  • 半导体和 LED 设备：制造和运行过程中的热循环。
  • 汽车和航空航天部件：通过燃烧或气流快速加热/冷却。

如果没有适当的抗热震性，即使是高强度陶瓷也可能突然失效，导致设备损坏、安全风险和维护成本增加。

影响因素

  • 高热导率→降低温度梯度
  • 低热膨胀系数→减少热应力
  • 高断裂韧性→抵抗裂纹扩展
  • 强度高、致密度佳→提高临界热震温差ΔTc

结论：热膨胀率较低且热导率较高的材料通常表现出更好的抗热震性。

设计原则

  • 尽量使用热膨胀系数低、导热系数高的陶瓷
  • 减少陶瓷内部的应力集中（优化结构设计）
  • 避免尖角，使用圆角
  • 优化材料厚度和散热路径
  • 在热冲击频繁的区域设置冗余部件或绝缘层
  • 必要时引入陶瓷复合增韧技术

重点先进陶瓷的抗热震性数据

选择适合热冲击条件的先进陶瓷需要平衡机械强度、热膨胀和热导率。虽然没有一种材料能够完美地满足所有要求，但量身定制的选择能够在热循环应力下实现最佳性能。

在 Great Ceramic，我们为从航空航天到半导体行业的各种热应用提供材料建议和精密加工。

材料 Độ dẫn nhiệt(W/m·K) 热膨胀（10⁻⁶/K） 典型ΔT公差(℃) Đặc điểm
Silicon nitride (Si₃N₄) 20–30 2.8–3.3 500~700 高断裂韧性+中高热导率，抗热冲击的首选材料
Silicon carbide (SiC) 120 4.0–4.5 350~500 高导热+高强度，广泛应用于冶金、化工热环境
Nitrua nhôm (AlN) 175 4.5–5.3 300~500 高导热陶瓷，广泛应用于热管理系统
Oxit beo (BeO) 230 7.5–9.0 ~250 超高导热性，但有毒，用途有限
氧化锆增韧氧化铝 ~15 7.5–8.0  ~325 增韧氧化铝，适用于温和的热冲击环境
Boron nitride (BN) 60–80（十六进制） 1.0–2.0 ~200 膨胀系数极低但强度较低，适用于隔热界面
Glass ceramics that can be processed 1.5–3.5 3.0–3.5 ~200 机械加工性良好，但导热性和强度较低
Zirconium oxide (ZrO₂) 2,5–3 10.0–11.5 ~300 Độ bền cao nhưng tính dẫn nhiệt thấp, dễ bị nứt do sự thay đổi nhiệt độ đột ngột.
Aluminium oxide (Al₂O₃, 99.5%) 25–35 7,5–8,5 200~300 Thường được sử dụng trong gốm sứ, nhưng không thích hợp cho môi trường có sự thay đổi nhiệt độ đột ngột thường xuyên.

*Dữ liệu chỉ mang tính tham khảo.

Cần giúp đỡ để chọn gốm sứ phù hợp?

Việc lựa chọn vật liệu gốm sứ có độ bền 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 sứ dựa trên zirconia, silicon nitride hay alumina, 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 nhu cầu cụ thể của bạn.

So sánh: Gốm sứ với kim loại và nhựa

Hình dưới đây sử dụng thông số R làm chỉ số (giá trị càng cao, hiệu suất càng tốt), và sắp xếp các vật liệu thông dụng theo giá trị kháng sốc nhiệt của chúng. Các giá trị này được lấy từ cơ sở dữ liệu vật liệu và tiêu chuẩn ngành.

■ Đỏ: Gốm sứ cao cấp    ■ Màu vàng: Kim loại    ■ Xanh lục: Nhựa

*Dữ liệu chỉ mang tính tham khảo.

Ứng dụng dựa trên tính chống sốc nhiệt của gốm sứ

  • Chất liệu: Nitrua nhôm (AlN)
  • Bối cảnh ứng dụng: Các thiết bị như IGBT, MOSFET công suất, v.v. thường xuyên trải qua sự thay đổi nhiệt độ nóng lạnh trong quá trình hoạt động.
  • Yêu cầu về tính năng chính: Độ dẫn nhiệt cao, tính cách điện và khả năng chịu sốc nhiệt.
  • Ưu điểm: Bề mặt gốm sứ sẽ phải chịu sự thay đổi nhiệt độ đột ngột trong quá trình hàn hoặc biến đổi dòng điện, trong khi AlN có thể chịu được chênh lệch nhiệt độ >400°C, ngăn ngừa nứt vỡ hoặc bong tróc.

  • Chất liệu: Oxit berili (BeO)
  • Ứng dụng: Ống chân không tần số cao, thiết bị vi sóng.
  • Khả năng chống sốc nhiệt: BeO có cả độ dẫn nhiệt cao và khả năng chống sốc nhiệt xuất sắc, có thể chịu được sự tăng nhiệt đột ngột khi hoạt động ở công suất cao.

  • Chất liệu: Nitrua silic (Si₃N₄)
  • Bối cảnh ứng dụng: Quá trình ngâm lặp đi lặp lại giữa thủy tinh nóng chảy ở nhiệt độ cao và khu vực làm mát trong quá trình sản xuất thủy tinh.
  • Ưu điểm: Silic nitride có thể chịu được nhiệt độ cao lên đến 1500℃, có thể nhanh chóng chuyển từ nhiệt độ cao sang nước lạnh mà không bị vỡ, vượt trội hơn so với nhôm oxit hoặc vật liệu kim loại.

  • Vật liệu sử dụng: ZTA20 (oxit zirconium tăng cường độ bền cho oxit nhôm)
  • Ngành nghề: Ngành ép nóng, luyện kim bột.
  • Ưu điểm: Việc gia nhiệt và làm mát lặp đi lặp lại của khuôn dễ gây ra vết nứt do nhiệt. ZTA có thể tăng cường độ bền và khả năng chống sốc nhiệt của khuôn, kéo dài tuổi thọ của khuôn.

  • Chất liệu: Nhôm oxit tinh khiết cao (Al₂O₃ 99.7%)
  • Bối cảnh ứng dụng: Các bộ phận gốm y tế cần chịu được các chu kỳ lặp lại của quá trình tiệt trùng bằng nhiệt độ cao và áp suất cao (tiệt trùng bằng áp suất cao) ở nhiệt độ từ 121℃ đến 135℃.
  • Ưu điểm: Nhôm oxit có độ tinh khiết cao có thể chịu được nhiều lần quá trình tiệt trùng ở nhiệt độ cao → chu trình làm mát, đảm bảo tính ổn định cấu trúc và tính trơ sinh học.

  • Vật liệu sử dụng: Silic cacbua nung ở áp suất thường (SSiC)
  • Ứng dụng: Nhiệt độ làm việc lên đến 800℃~1000℃, khởi động nóng và khởi động lạnh thường xuyên, dừng hoạt động.
  • Ưu điểm: SiC có tính dẫn nhiệt và ổn định nhiệt độ cao, có thể ngăn ngừa sự nứt vỡ cấu trúc do mỏi nhiệt.

  • Chất liệu: Nitrua silic hoặc cacbua silic
  • Ứng dụng: Thiết bị dùng để vận chuyển muối nóng chảy ở nhiệt độ cao (>700℃).
  • Ưu điểm: Biến động nhiệt độ hàng ngày lớn, lớp lót gốm Si₃N₄ hoặc SSiC có thể ngăn ngừa nứt do mỏi nhiệt, duy trì độ kín khí và độ bền cơ học lâu dài.

Vật liệu gốm sứ quan trọng

Gốm silicon nitride - Vật liệu gốm tiên tiến - Gốm Zhihao

Gốm silicon nitride

Gốm silicon carbide - Vật liệu gốm tiên tiến - Gốm Zhihao

Gốm silicon carbide

Gốm sứ nhôm oxit - Vật liệu gốm sứ tiên tiến - Gốm sứ Zhihao

Gốm sứ nhôm oxit

Gốm zirconia - Vật liệu gốm tiên tiến - Gốm Zhihao

Gốm sứ zirconia

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

Sự thay đổi nhiệt độ nhanh chóng có thể gây ra ứng suất bên trong vượt quá giới hạn bền gãy của gốm sứ.

Silicon nitride (Si3N4) và silicon carbide (SiC) là những vật liệu hàng đầu trong ngành.

Thử nghiệm tiêu chuẩn bao gồm thử nghiệm làm nguội bằng nước, chu kỳ nhiệt và độ bền cơ học sau va đập (ASTM C1525).

Được. Có thể thực hiện thông qua việc lựa chọn vật liệu, hình dạng hình học và cấu trúc composite như FGM (vật liệu gradient chức năng).