Прочность на изгиб усовершенствованной керамики

Прочность при изгибе, также известная как прочность при изгибе или модуль разрыва, - это важнейшее механическое свойство, определяющее, какое напряжение может выдержать материал, прежде чем он сломается под действием изгибающей нагрузки. В современных керамических материалах прочность на изгиб играет важную роль в определении характеристик в конструкциях, при износе и тепловом ударе.

В отличие от металлов, которые уступают перед разрушением, керамика хрупка и разрушается без пластической деформации. Это делает их прочность на изгиб особенно важной при проектировании и инженерных расчетах.

Перейти к

Данные | Сравнение | Аппликации | Вопросы и ответы | Связанные

Твердость керамики: Свойства, сравнение и применение

Почему стоит выбирать керамику для применения в условиях высокой прочности на изгиб?

Передовые керамические материалы предпочитают использовать в высокопроизводительных компонентах по нескольким причинам:

  • Высокое соотношение прочности и веса: Такие керамики, как нитрид кремния и диоксид циркония, обеспечивают исключительную механическую прочность при небольшом весе.
  • Превосходная термическая стабильность: Керамика сохраняет прочность на изгиб даже при температурах >1000°C, превосходя большинство металлов и пластмасс.
  • Устойчивость к износу и коррозии: Идеально подходит для работы в средах, содержащих химические вещества, абразивные материалы или влагу.
  • Стабильность размеров: Отсутствие пластической деформации под нагрузкой, что обеспечивает стабильные допуски.
  • Увеличенный срок службы: Долговечность даже при циклических нагрузках и усталости.

Данные о прочности на изгиб основных видов усовершенствованной керамики

Керамический материал Прочность на изгиб (МПа)
Цирконий (ZrO₂) 800-1200
Нитрид кремния (Si₃N₄) 700-1200
ZTA (циркониевый упрочненный глинозем) 600-800
Карбид кремния (SiC) 400-600
Глинозем (Al₂O₃, 99,7%) 300-500
Нитрид алюминия (AlN) 300-400
Карбид бора (B₄C) 200-400
Оксид бериллия (BeO) 150-250
Обрабатываемая стеклокерамика 100-150

*Данные приведены только для справки.

Сравнительная таблица: Керамика, металлы и пластмассы

На гистограмме ниже показана прочность на изгиб (МПа) различных инженерных материалов, от сверхтвердой керамики до обычных промышленных пластмасс, в порядке убывания.

Керамика
Металл
Пластик

*Данные приведены только для справки.

*Заключение: Хотя многие металлы отличаются прочностью и пластичностью, лишь некоторые из них (например, титановые сплавы) приближаются по прочности на изгиб к лучшим керамическим материалам. Пластмассы, как правило, сильно отстают.

Нужна помощь в выборе подходящей керамики?

Выбор правильного керамического материала для обеспечения высокой прочности на изгиб имеет решающее значение для обеспечения долгосрочной надежности и максимальной производительности. Независимо от того, нужна ли вам керамика на основе диоксида циркония, нитрида кремния или глинозема, наши материалы обеспечивают лучшую в отрасли прочность, долговечность и точность.

Наша техническая команда готова помочь - свяжитесь с нами прямо сейчас, чтобы получить квалифицированные рекомендации, основанные на ваших конкретных требованиях.

Применение на основе керамики Прочность на изгиб

  • Применение: Опорные пластины для подложек в камерах осаждения или травления.
  • Почему: Эти пластины подвергаются многократным термическим циклам и механическим нагрузкам.
  • Преимущества: Керамика обладает высокой прочностью на изгиб (~900-1000 МПа), отличной стойкостью к термоударам и стабильностью размеров.
  • Преимущества: Предотвращает деформацию или растрескивание при высокотемпературной обработке, повышает производительность устройства и надежность процесса, продлевает срок службы в жестких условиях и т. д.

  • Применение: Плунжерные компоненты в насосах для абразивных и коррозионных жидкостей
  • Почему: Плунжер выдерживает циклические изгибающие и сжимающие усилия под высоким давлением.
  • Преимущества: SSiC сочетает прочность на изгиб ~800-1000 МПа с отличной коррозионной стойкостью.
  • Преимущества: Отсутствие деформации и разрушения при механических нагрузках, отличная работа в агрессивных химических средах, низкая стоимость обслуживания, длительный срок службы

  • Применение: Гибридные керамические шарикоподшипники
  • Почему: Во время работы шарики подвергаются радиальным нагрузкам, центробежным силам и микровибрациям.
  • Преимущества материала: Нитрид кремния имеет небольшой вес и отличную прочность и усталостную прочность.
  • Преимущества: Более высокое число оборотов без тепловой деформации, более длительный срок службы по сравнению со стальными подшипниками, работа без смазки в условиях вакуума или высокой температуры.

  • Применение: Подвески для мощных светодиодов и держатели для чипов
  • Зачем: Тонкие керамические подложки должны выдерживать механические изгибы и термические нагрузки.
  • Преимущества: AlN обладает прочностью на изгиб ~300-400 МПа и теплопроводностью >170 Вт/м-К.
  • Преимущества: Сохранение целостности структуры при термоциклировании, поддержка миниатюризации силовых устройств, эффективный отвод тепла и долговременная надежность.

  • Применение: Изоляционные стержни и структурные кронштейны на подстанциях
  • Почему: Механические нагрузки от ветра, кабелей и окружающей среды требуют высокой жесткости.
  • Преимущества: Алюмооксидная керамика обладает надежной прочностью (300-450 МПа) и долговременной стойкостью на открытом воздухе.
  • Преимущества: Надежная несущая конструкция для электрических компонентов, минимальное старение в уличных условиях, отличные механические и диэлектрические свойства.

  • Применение: Керамические фрикционные элементы в тормозных системах
  • Зачем: Тормозные колодки должны выдерживать усилия сдвига и изгиба при многократных термических циклах.
  • Преимущества: ZTA (циркониевый упрочненный глинозем) обеспечивает повышенную вязкость и прочность на изгиб (~600-800 МПа).
  • Преимущества: Повышенная износостойкость, увеличенный срок службы по сравнению с металлическими системами, повышенная безопасность в экстремальных условиях торможения.

  • Области применения: Структурные опорные кронштейны в компьютерных томографах, рентгеновских аппаратах и роботизированных устройствах
  • Зачем: Опорные рычаги требуют точных размеров и жесткости при статических и динамических нагрузках.
  • Преимущества: MGC обладает прочностью на изгиб около 150 МПа и может быть обработана с жесткими допусками.
  • Преимущества: Высокая точность размеров, простота обработки, электрическая изоляция и термическая стабильность, идеально подходит для мелкосерийного производства по индивидуальным заказам.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Прочность на изгиб - это максимальное напряжение, которое может выдержать материал при изгибе, прежде чем он разрушится. Это очень важно для хрупких материалов, таких как керамика.

Поскольку керамика не может пластически деформироваться, ее способность выдерживать изгибающие нагрузки до разрушения является ключевым фактором надежности в конструкциях.

Нитрид кремния и диоксид циркония являются одними из самых прочных, их показатели часто превышают 1000 МПа.

Некоторые виды керамики превосходят металлы по прочности на изгиб, особенно при учете соотношения веса и прочности, но они более хрупкие и требуют тщательного проектирования для предотвращения разрушения.

Прочность на изгиб обычно проверяется с помощью методов трех- или четырехточечного изгиба (ASTM C1161).

Высокая чистота, зернистая структура и прочные ионно-ковалентные связи придают керамике превосходную прочность при низком уровне ползучести и износа.

Нет. Цирконий и нитрид кремния - одни из самых прочных. Обрабатываемая керамика обладает меньшей прочностью, но легче поддается обработке.

Теплопроводность керамики из карбида кремния