Mô đun Young của gốm sứ tiên tiến

Mô đun Young, còn được gọi là mô đun đàn hồi, là thuộc tính cơ bản để đo lường độ cứng của vật liệu (tức là khả năng chống biến dạng của vật liệu dưới tác dụng của ứng suất). Trong các ứng dụng kỹ thuật và hiệu suất cao, gốm sứ tiên tiến được sử dụng rộng rãi nhờ mô đun Young cực cao, điều này đồng nghĩa với độ cứng, độ chính xác và độ ổn định kích thước vượt trội. Bài viết này thảo luận về mô đun Young của các vật liệu gốm sứ chính và so sánh với kim loại và nhựa.

Mẫu Yang

Tại sao mô đun Young lại quan trọng?

Trong các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ, bán dẫn, năng lượng và sản xuất chính xác, độ cứng là yếu tố quan trọng. Hệ số Young cao:

  • Giảm biến dạng đàn hồi dưới tải trọng cơ học
  • Nâng cao khả năng chống động đất
  • Nâng cao độ chính xác của các bộ phận chính xác
  • Giữ nguyên tính toàn vẹn cấu trúc trong môi trường áp suất cao

Do cấu trúc liên kết nguyên tử cố hữu của mình, gốm sứ tiên tiến thường có hiệu suất vượt trội so với kim loại và nhựa trong các lĩnh vực này.

Dữ liệu mô đun Young của gốm sứ tiên tiến trọng điểm

Vật liệu gốm sứ Mô đun Young (GPa) Đặc điểm
Silicon carbide (SiC) 410–450 Cực kỳ cứng, có khả năng chống ăn mòn và mài mòn tuyệt vời, tính dẫn nhiệt cao.
Silicon nitride (Si3N4) 290–320 Độ bền gãy cao, khả năng chống sốc nhiệt, mật độ thấp
Aluminium oxide (Al₂O₃) 300–390 Độ cứng cao, khả năng chống mài mòn tốt, tính cách điện tuyệt vời
Zirconium oxide (ZrO₂) 200–220 Độ bền cao, hệ số dẫn nhiệt thấp, tăng cường độ bền bằng sự chuyển pha
Zirconia-toughened alumina 280–300 Tăng cường độ bền gãy, khả năng chống mài mòn tốt, ổn định nhiệt
Nitrua nhôm (AlN) 310–330 Độ dẫn nhiệt cao, cách điện tốt, tổn thất điện môi thấp
Oxit beo (BeO) 300–340 Độ dẫn nhiệt rất cao, cách điện, dạng bột có độc tính.
Boron nitride (h-BN) 30–50 (hình lục giác) Bôi trơn, ổn định nhiệt, cách điện
Glass ceramics that can be processed 40–50 Dễ gia công, độ bền điện môi tốt, hệ số dẫn nhiệt thấp

*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 mô đun Young: Gốm sứ với kim loại và nhựa

Biểu đồ thanh dưới đây hiển thị mô đun Young của các vật liệu kỹ thuật khác nhau - từ gốm siêu cứng đến nhựa công nghiệp thông thường, được sắp xếp theo thứ tự từ cao đến thấp.

Gốm sứ
Kim loại
Nhựa

*Dữ liệu chỉ mang tính tham khảo.

Ứng dụng dựa trên độ cứng của gốm sứ

  • Vật liệu: Al₂O₃ (oxit nhôm), Si₃N₄ (nitrua silic)
  • Ứng dụng: Dùng cho thiết bị bán dẫn, nền tảng gia công laser và hệ thống định vị CNC.
  • Vai trò của mô đun Young:

    • So với thép (~210 GPa), nhôm oxit (~370 GPa) và nitơ silic (~310 GPa) có độ cứng cao hơn.

    • Giữ ổn định kích thước trong quá trình chuyển động ở cấp độ micromet và nanomet, tránh uốn cong hoặc rung động trong quá trình vận hành tốc độ cao.

  • Chất liệu: AlN (nitrua nhôm)
  • Ứng dụng: Dùng cho hệ thống radar, truyền thông vệ tinh và mô-đun vi sóng.
  • Vai trò của mô đun Young:

    • Gốm AlN (~320 GPa) có độ cứng xuất sắc và hệ số giãn nở nhiệt tương thích với chip bán dẫn.

    • Duy trì độ phẳng dưới tác động của nhiệt, ngăn ngừa cong vênh và đảm bảo độ tin cậy lâu dài của mạch điện.

  • Chất liệu: Si₃N₄ (nitrua silic)
  • Ứng dụng: Vòng bi tốc độ cao, nhiệt độ cao trong động cơ phản lực.
  • Vai trò của mô đun Young:

    • Mô đun đàn hồi của quả cầu Si₃N₄ khoảng 310 GPa, có khả năng chống biến dạng dưới tác dụng của ứng suất xoắn.

    • So với vật liệu thép, ma sát thấp hơn và tuổi thọ mỏi cao hơn.

  • Vật liệu: ZrO₂ (oxit zirconium), ZTA (oxit zirconium tăng cường oxit nhôm)
  • Ứng dụng: Dùng cho bơm định lượng hóa học, thiết bị y tế và thiết bị phân tích.
  • Vai trò của mô đun Young:

    • Gốm ZTA (280-350 GPa) có cả độ cứng và độ dẻo dai.

    • Chịu được sự vận hành liên tục mà không bị biến dạng, duy trì độ kín khít và độ chính xác của liều lượng.

  • Vai trò của mô đun Young:

    • Gốm ZTA (280-350 GPa) có cả độ cứng và độ dẻo dai.

    • Chịu được sự vận hành liên tục mà không bị biến dạng, duy trì độ kín khít và độ chính xác của liều lượng.

[/fusion_li_item][/fusion_checklist]
  • Chất liệu: MGC (Glass Ceramic)
  • Ứng dụng: Dùng cho hệ thống kiểm tra wafer và thử nghiệm đầu dò IC.
  • Vai trò của mô đun Young:

    • Mặc dù mô đun của MGC tương đối thấp (~90-120 GPa), nhưng nó có tính ổn định nhiệt và khả năng gia công tuyệt vời.

    • Rất thích hợp cho các nền tảng phẳng lớn cần độ chính xác kích thước cao trong điều kiện dao động nhiệt.

  • Vật liệu: SiC (cacbua silic), AlN (nitrua nhôm)
  • Ứng dụng: Dùng cho laser rắn, giá đỡ quang học và hệ thống quản lý nhiệt.
  • Vai trò của mô đun Young:

    • SiC có mô đun đàn hồi cực cao (~450 GPa), rất phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ cứng cao.

    • Giảm sự sai lệch quang học do biến dạng do rung động hoặc nhiệt gây ra.

  • Vật liệu: Si₃N₄, SiC
  • Mục đích sử dụng: Dùng để cố định các thiết bị nhạy cảm trong vệ tinh và tàu vũ trụ.
  • Vai trò của mô đun Young:

    • Độ cứng cao và độ trượt thấp giúp duy trì hình dạng chính xác trong môi trường chân không và nhiệt độ khắc nghiệt.

    • Ngăn chặn sự tích tụ ứng suất và hỏng hóc cơ học do biến dạng nhỏ kéo dài.

Vật liệu gốm sứ quan trọng

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

Gốm sứ có liên kết cộng hóa trị hoặc liên kết ion mạnh, so với liên kết kim loại, chúng có khả năng chống biến dạng cao hơn.

Boron carbide là một trong những vật liệu gốm có mô đun đàn hồi cao nhất đã biết, lên đến 470 GPa.

Đúng vậy, độ cứng thường làm giảm độ bền. Đó là lý do tại sao các vật liệu như ZTA và oxit zirconium được thiết kế để cân bằng giữa hai yếu tố này.

Sản phẩm liên quan