用陶瓷进行设计

本指南是针对工程师和设计师希望纳入先进的技术陶瓷,如氮化硅和硅,氧化铝,氧化锆或碳化硅到他们的设计。

通常不熟悉使用陶瓷的工程师会想要一个原来是金属的组件的直接副本,例如,用陶瓷制成的。这通常不是最好的解决方案,可能会不必要地增加制造成本,甚至导致组件不能按预期工作。

本指南将首先比较先进陶瓷与金属、聚合物和耐火材料的一般物理性能,以突出不同材料组之间存在的主要差异。在此之后,一系列设计技巧将强调设计和使用陶瓷组件时要考虑的要点。

通过尽可能地遵循这些建议,高级陶瓷部件将更容易和更便宜地制造,节省您的时间和金钱,同时仍然提供“适合目的”的部件。


一般材料比较

下表比较了高级陶瓷与金属、聚合物和耐火材料的一些一般物理性能。这三种材料类型通常被先进的陶瓷所取代,如氮化硅、硅硅和氧化锆。

的价值媒介而且是不是绝对的,只表示一个一般对于特定物理性质的材料组的倾向,因为在每个组中都有如此广泛的材料。

陶瓷、金属、聚合物和耐火材料的性能比较

财产 陶瓷 金属 聚合物 耐火材料
抗拉强度 媒介 中/高 媒介
ob欧宝客服 媒介 媒介
弹性模量 媒介 媒介
抗压强度 媒介 媒介
韧性 媒介
延性
硬度 媒介 媒介
密度 低/中 中/高 低/中
耐磨性 媒介 媒介
热导率 媒介 媒介
热膨胀系数 低/中
抗热震性能 低/中 低/中
耐蚀性 低/中 低/中 中/高

从这张表中需要注意的重要一点是,高级陶瓷虽然坚固而坚硬,但很脆,缺乏韧性,特别是与金属相比。它们在拉应力下相对较差,尽管在压应力下很好。

由于陶瓷完全缺乏延性,在微观结构的不均匀区域达到临界拉应力时,陶瓷会突然发生灾难性的破坏。例如,高应力可能发生在尖锐的边缘、角和孔的区域。

另一方面,先进的陶瓷可以承受非常高的压缩载荷。这有关闭微观结构中的关键缺陷的效果。只要有可能,在设计中就应该利用这个属性。

考虑到这些要点,在可能的情况下应该遵循以下设计技巧。除了使组件有更好的机会提供所需的性能外,遵循这些技巧还可以在制造过程中节省时间和金钱。


设计技巧

  1. 公差尺寸尽可能宽松.例如,如果一个部件的公差为±1-3%,该部件通常可以“烧结”生产。这样就不需要对组件进行金刚石研磨,这是制造过程中成本最高的阶段之一。
  2. 极限元件厚度.陶瓷的强度受其最大缺陷大小的限制。零件越厚,出现大缺陷的可能性就越大。另外,还记得先进的陶瓷,如Syalons而且Zircalon它们比耐火材料要坚固得多,所以当陶瓷要取代厚的耐火材料时,更薄的陶瓷部件仍然可以做得很好。
  3. 避免导致应力集中的特征,如锋利的边缘和角落,横截面积的突然变化和小接触点.锋利的边缘和角落应该通过倒角、半径或下切来缓解。如果可能的话,用锥形逐渐改变截面积。提供较大的接触区域以分散负荷。
  4. 保持组件形式尽可能简单.请记住,陶瓷组件是通过首先形成低密度的“绿色”紧凑体来制造的,随后将其烧结到全密度。这导致收缩高达30%,这对于复杂的形状使得严格的尺寸控制变得困难。(另见上文第1点)。在某些情况下,为了简化陶瓷部件,改变设计中非陶瓷部件的形式可能是有利的。或者,可以考虑使用模块化设计,将组件分成几个更小、更简单的部分。
  5. 保持截面或壁厚尽可能均匀.构件厚度的巨大变化是应力集中的另一个原因。例如,当洞的位置偏离中心时,就会出现这种情况。此外,薄截面比厚截面致密更快,因此当厚截面仍在致密时,翘曲或晶粒生长可能发生。晶粒长大可导致强度降低,应尽可能避免。
  6. 避免不必要的金刚石磨削.研磨可以产生非常高的应力集中,如前所述,这可能会导致缺陷。然而,通过优化磨削参数或抛光或研磨,可以将这个问题降到最低。
  7. 考虑使用粘合剂或螺纹,结合收缩接头等连接技术的模块化设计.收缩配件的工作很好,例如,在组装一个赛隆模具在钢的情况下。钢在冷却时的热收缩更大,使Syalon处于压缩状态,如上所述,这是陶瓷的首选环境。具有高达1600°C的优异性能的粘合剂也是连接陶瓷的一种选择,例如Syalons而且Zircalon.例如,这些陶瓷也可以通过使用螺纹(内部和外部)进行机械紧固。

希望这些设计技巧能给你一些考虑的点,当你试图在你的设计中加入先进的技术陶瓷,如氮化硅基的赛隆。请问您需要更多的信息吗联系我们的技术或工程人员之一或参阅我们的材料部分,以了解更多关于我们制造的精细陶瓷的信息。