Khả năng chống ăn mòn và tính ổn định hóa học của gốm sứ tiên tiến

Gốm sứ tiên tiến đã thu hút sự quan tâm ngày càng tăng trong các ngành công nghiệp quan trọng nhờ khả năng chống ăn mòn và tính ổn định hóa học vượt trội, đặc biệt trong các điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao, axit/bazơ mạnh và khí ăn mòn. So với kim loại và nhựa kỹ thuật, gốm sứ tiên tiến có tuổi thọ và hiệu suất vượt trội trong điều kiện ăn mòn hóa học, khiến nó trở thành vật liệu không thể thiếu trong các lĩnh vực chế biến bán dẫn, công nghiệp hóa chất, hàng không vũ trụ và ứng dụng năng lượng.

Đi đến

Tầm quan trọng | dữ liệu | Liên hệ với chúng tôi | Bảng so sánh | Ứng dụng | FAQ  | Sản phẩm liên quan

Khả năng chống ăn mòn

Corrosion resistance là gì? Tại sao nó lại quan trọng?

Khả năng chống ăn mòn là khả năng của vật liệu duy trì cấu trúc và tính chất của mình mà không bị phân hủy khi tiếp xúc với môi trường hóa học như axit, kiềm, muối, v.v.

Các loại gốm sứ tiên tiến như oxit nhôm (Al₂O₃), oxit zirconi (ZrO₂), cacbua silic (SiC) và nitrua silic (Si₃N₄) là các vật liệu vô cơ phi kim loại, có liên kết ion mạnh hoặc liên kết cộng hóa trị. Điều này khiến cho khả năng chống ăn mòn của chúng vượt trội hơn hẳn so với hầu hết các kim loại và nhựa kỹ thuật.

Đối với gốm sứ tiên tiến, đặc tính này rất quan trọng vì:

  • Nó kéo dài tuổi thọ của các bộ phận trong các thiết bị phản ứng hóa học, lò nung và đường ống dẫn khí.
  • Nó có thể ngăn ngừa ô nhiễm, điều này rất quan trọng đối với các ứng dụng trong lĩnh vực bán dẫn và y sinh học.
  • Nó có thể duy trì tính toàn vẹn cơ học ngay cả khi chịu tác động của nhiệt và hóa chất.

Ưu điểm về tính ổn định hóa học của gốm sứ tiên tiến

  • Tính trơ trong môi trường axit/kiềm: Phù hợp cho bể phản ứng, lớp lót bơm và các bộ phận làm kín.
  • Khả năng chống oxy hóa: Đặc biệt là SiC và Si₃N₄ ở nhiệt độ cao.
  • Không bị ăn mòn điện hóa: Gốm sứ là vật liệu cách điện.
  • Không bị nứt do ứng suất môi trường: Khác với nhiều loại nhựa khác.
  • Tính tương thích sinh học: Có thể sử dụng an toàn trong các thiết bị y sinh và tiếp xúc với thực phẩm.

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn của gốm sứ

  • Độ tinh khiết của ranh giới hạt: Tạp chất có thể tạo ra các điểm điện cực vi mô.
  • Độ xốp: Gốm sứ dày đặc có hiệu suất tốt hơn trong môi trường ăn mòn.
  • Thành phần: Một số thành phần thứ cấp có thể hòa tan trong hóa chất.
  • Nhiệt độ làm việc: Một số loại gốm sứ có thể bị oxy hóa hoặc phân hủy ở nhiệt độ trên 1000°C.

Tốc độ hòa tan của gốm sứ trong môi trường ăn mòn (dữ liệu thí nghiệm)

Bảng dưới đây liệt kê tốc độ hòa tan của các vật liệu gốm chính được đo trong các môi trường ăn mòn thông thường, cho thấy độ bền hóa học lâu dài của chúng:

Vật liệu trung bình Nhiệt độ trong thời gian Tốc độ hòa tan (mg/cm²/ngày)
Aluminium oxide (Al₂O₃) Axit clohydric (10%) 100°C  24 giờ ~0.02
Zirconium oxide (ZrO₂) Axit sunfuric (30%) 150°C  24 giờ ~0.015
ZTA20 Axit clohydric (10%) 100°C  24 giờ ~0.025
Silicon nitride (Si₃N₄) Hydroxide natri (20%) 80°C  72 giờ ~0.01
Nitrua nhôm (AlN) Nước khử ion (pH 7) nhiệt độ phòng 7 ngày ~0.5
Silicon carbide (SiC) Nitric acid₃ (50%) 120°C 48 giờ  <0.01
Oxit beo (BeO) Axit clohydric (10%) 90°C 24 giờ ~0.02
Boron nitride hexagonal (h-BN) Axit sunfuric (98%) 100°C 24 giờ  ~0.15
MGC (Glass Ceramic) Hydroxide natri (10%) 80°C 24 giờ ~0.2

Lưu ý: Các vật liệu như AlN và MGC có tính phản ứng mạnh hơn trong nước hoặc dung dịch kiềm, trong khi SiC và Al₂O₃ thể hiện tính trơ cực độ trong cả axit và kiềm.

*Dữ liệu chỉ mang tính tham khảo.

Các vật liệu gốm chính: Đặc tính và ứng dụng

Nhấp vào chữ màu xanh để xem thông tin chi tiết về các vật liệu gốm sứ tiên tiến:

Vật liệu Điểm nổi bật về tính ổn định hóa học Ứng dụng phổ biến
Aluminium oxide (Al₂O₃) Có tính trơ cao trong môi trường axit và kiềm Thiết bị bán dẫn, thiết bị cấy ghép y tế
Zirconium oxide (ZrO₂) Ổn định trong điều kiện axit; khả năng chịu kiềm hạn chế Bơm, van, cảm biến
ZTA20 Tăng cường độ bền và khả năng chống ăn mòn Các bộ phận cấu trúc, các bộ phận bị mài mòn
Silicon nitride (Si₃N₄) Có khả năng chống axit và chống oxy hóa nhiệt rất mạnh Phụ tùng động cơ khí đốt, động cơ ô tô
Nitrua nhôm (AlN) Khả năng chống hóa chất tốt, tính dẫn nhiệt cao Bảng mạch điện tử, bộ tản nhiệt
Silicon carbide (SiC) Có khả năng chống lại hầu hết các hóa chất Reactor hóa học, phớt kín, bộ trao đổi nhiệt
Oxit beo (BeO) Tính chất hóa học ổn định, tính chất nhiệt tốt Hệ thống điện tử quân sự, hệ thống không gian
Boron nitride (BN) Dù ở nhiệt độ cao vẫn giữ tính trơ, không xảy ra phản ứng. Nồi nấu, chất cách điện trong môi trường phản ứng
Glass-ceramic (MGC) Khả năng chống hóa chất tốt, dễ gia công Mẫu thử, linh kiện chân không

Kiến thức liên quan:

  • Liên kết hóa học: Liên kết ion và liên kết cộng hóa trị trong gốm sứ làm giảm tính phản ứng của chúng.
  • Passivation: Một số loại gốm sứ (ví dụ: ZrO₂, SiC) hình thành lớp oxit ổn định, có khả năng chống lại sự ăn mòn tiếp theo.
  • Không bị oxy hóa kim loại: Gốm sứ không bị rỉ sét hoặc ăn mòn như kim loại.
  • Không mềm: Gốm sứ giữ được độ cứng, không bị giãn nở hay tan chảy như polymer.

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 tính chống ăn mòn của các vật liệu thông dụng

Biểu đồ này thể hiện tốc độ hòa tan của các loại vật liệu gốm sứ tiên tiến trong ba môi trường ăn mòn điển hình (đơn vị: mg/cm²/ngày), giúp dễ dàng nhận biết tính ổn định hóa học của các loại vật liệu gốm sứ tiên tiến trong môi trường axit, kiềm và muối.

Bảng kháng ăn mòn
Nhấp vào vật liệu để xem chi tiết:
Nhấp vào vật liệu ở trên để xem dữ liệu ăn mòn và phương pháp thử nghiệm của nó.

*Dữ liệu chỉ mang tính tham khảo.

Ứng dụng dựa trên tính năng chống ăn mòn của gốm sứ

  • Gốm sứ được sử dụng: Nitrua silic (Si₃N₄), cacbua silic (SiC), oxit nhôm (Al₂O₃)
  • Ví dụ ứng dụng: Khi vận chuyển các chất lỏng có tính ăn mòn mạnh như axit clohydric, axit sunfuric, natri hydroxit, v.v., các bộ phận kim loại dễ bị ăn mòn. Sử dụng vỏ bơm, cánh quạt, ống lót trục, v.v. bằng vật liệu gốm silicon carbide có thể kéo dài tuổi thọ và giảm tần suất bảo trì.
  • Ưu điểm: Chống ăn mòn, chống mài mòn tốt, thích hợp cho hoạt động liên tục.

  • Gốm sứ được sử dụng: Nhôm oxit có độ tinh khiết cao (99,99% Al₂O₃), nhôm nitrit (AlN)
  • Ví dụ ứng dụng: Trong quá trình làm sạch bán dẫn (ví dụ như làm sạch RCA), các hóa chất có tính ăn mòn cao như axit hydrofluoric, nước ozone và hydrogen peroxide đòi hỏi vật liệu có tính ổn định hóa học. Các van và phớt bơm bằng gốm nhôm oxit có độ tinh khiết cao đảm bảo độ tinh khiết và độ bền.
  • Ưu điểm: Trơ về mặt hóa học, không gây ô nhiễm ion, ổn định ở nhiệt độ cao.

  • Gốm sứ được sử dụng: Silic cacbua (SSiC), Zirconia toughened alumina (ZTA)
  • Ví dụ ứng dụng: Trong tháp khử lưu huỳnh, các khí ăn mòn như sulfur dioxide và hydrochloric acid có thể gây hư hỏng nghiêm trọng cho thiết bị. Vòi phun gốm silicon carbide và lớp lót trao đổi nhiệt có khả năng chống lại sự ăn mòn hóa học và mài mòn do hạt.
  • Ưu điểm: Chống ăn mòn, chống xói mòn, kéo dài đáng kể tuổi thọ sử dụng.

  • Gốm sứ được sử dụng: Nitrua silic (Si₃N₄), oxit nhôm (Al₂O₃)
  • Ví dụ ứng dụng: Thiết bị FCC hoạt động trong môi trường nhiệt độ cao có chứa lưu huỳnh. Vỏ bọc của cặp nhiệt điện kim loại bị suy giảm hiệu suất nhanh chóng, trong khi vỏ bọc cặp nhiệt điện gốm silicon nitride vẫn duy trì khả năng giám sát nhiệt độ chính xác ngay cả sau thời gian sử dụng dài.
  • Ưu điểm: Độ ổn định nhiệt cao, độ ổn định hóa học cao, khả năng chống sốc nhiệt tốt.

  • Gốm sứ được sử dụng: Oxit zirconium (ZrO₂), oxit nhôm tinh khiết cao (Al₂O₃)
  • Ví dụ ứng dụng: Trong quá trình sản xuất dược phẩm, thành phần hóa học và giá trị pH có thể thay đổi đáng kể. Các bộ phận làm kín bằng gốm zirconia không chỉ duy trì độ bền cơ học mà còn đảm bảo tính tương thích sinh học và khả năng chống hóa chất.
  • Ưu điểm: Tính chất hóa học ổn định, tương thích sinh học tốt, không có sự rò rỉ ion.

  • Gốm sứ được sử dụng: Oxit nhôm (Al₂O₃), Silic cacbua (SiC)
  • Ví dụ ứng dụng: Trong môi trường sản xuất giấy kiềm hoặc nhuộm axit, dao cạo kim loại dễ bị ăn mòn hoặc mài mòn, ảnh hưởng đến độ đồng đều của sản phẩm. Dao cạo gốm cung cấp tuổi thọ dài hơn và độ đồng đều lớp phủ tốt hơn.
  • Ưu điểm: Chống ăn mòn, chống mài mòn, không gây ô nhiễm.

  • Gốm sứ được sử dụng: Silic cacbua (SSiC), Silic nitrua (Si₃N₄)
  • Ví dụ ứng dụng: Trong quá trình tách hiếm hoặc quá trình ngâm tách bằng axit hydrofluoric, các kim loại truyền thống sẽ nhanh chóng bị hỏng. Lớp lót gốm và cánh khuấy có khả năng chống lại sự ăn mòn của axit hydrofluoric và tác động cơ học.
  • Ưu điểm: Thay thế các hợp kim đắt tiền như tantali hoặc hợp kim Hastelloy một cách kinh tế.

  • Gốm sứ được sử dụng: Oxit nhôm (Al₂O₃), Silic cacbua (SiC)
  • Ví dụ ứng dụng: Trong hệ thống thẩm thấu ngược (RO), độ mặn cao của nước biển có thể gây ăn mòn các bộ phận kim loại. Các bộ phận gốm sứ có khả năng chống ăn mòn do ion clo và chống đóng cặn, đảm bảo tính ổn định lâu dài.
  • Ưu điểm: Bền, chống bám cặn, chịu được clo.

  • Gốm sứ được sử dụng: Nitrua nhôm (AlN), Oxit beryllium (BeO), Carbide silic (SiC)
  • Ví dụ ứng dụng: Trong lò phản ứng hạt nhân hoặc xử lý chất thải phóng xạ, vật liệu kim loại có thể bị hư hỏng trong môi trường khắc nghiệt. Gốm sứ tiên tiến có tính trơ hóa học và tỷ lệ hấp thụ neutron thấp.
  • Ưu điểm: Chống bức xạ, tính ổn định hóa học cao, tuổi thọ dài.

  • Gốm sứ được sử dụng: Oxit zirconium (ZrO₂), oxit nhôm (Al₂O₃)
  • Ví dụ ứng dụng: Hệ thống đóng chai đồ uống yêu cầu vật liệu không phản ứng với các chất axit. Các bộ phận gốm sứ đảm bảo khả năng chống ăn mòn và an toàn thực phẩm.
  • Ưu điểm: An toàn thực phẩm, chống ăn mòn, không bị rò rỉ.

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)

Silicon carbide (SiC) thường được xếp hạng cao nhất vì nó có tính trơ xuất sắc trong cả điều kiện axit và oxy hóa.

Đúng vậy. Trong nhiều trường hợp, các vật liệu gốm sứ tiên tiến như oxit nhôm, oxit zirconium và cacbua silic có khả năng chống ăn mòn vượt trội so với SS316L, đặc biệt là trong các ứng dụng có tính axit và nhiệt độ cao.

Hầu hết các loại gốm sứ tiên tiến có tốc độ hòa tan trong axit rất thấp. Tuy nhiên, AlN và MGC là ngoại lệ, chúng có độ ổn định kém trong môi trường ẩm ướt hoặc dung dịch kiềm.

Gốm sứ thường có khả năng chống ăn mòn hóa học tốt hơn, nhưng sẽ trở nên giòn hơn khi chịu tác động của lực cơ học.

Đúng vậy. Gốm sứ có mật độ cao (độ xốp thấp) có khả năng chống ăn mòn tốt hơn do diện tích bề mặt tiếp xúc giảm.

Không. Độ ổn định của chúng phụ thuộc vào tính chất hóa học của gốm sứ và môi trường. Ví dụ, nhôm nitrit sẽ bị thủy phân trong nước.

Kim loại dễ bị ăn mòn do phản ứng điện hóa, đặc biệt là trong môi trường axit hoặc muối. Gốm sứ là vật liệu vô cơ phi kim loại, có liên kết hóa học có thể chống lại hầu hết các cơ chế ăn mòn.

Đúng vậy, các vật liệu như oxit nhôm, cacbua silic và ZTA có khả năng chống ăn mòn phổ rộng. Tuy nhiên, oxit zirconium và nitrua nhôm có thể bị phân hủy theo thời gian trong môi trường kiềm mạnh.

Rất ít vật liệu có thể chịu được HF một cách hiệu quả. Ngay cả gốm sứ dựa trên nhôm oxit và silic oxit cũng có thể bị hòa tan trong HF. Trong trường hợp này, nên sử dụng BN hoặc các vật liệu fluoride cụ thể.