高级技术陶瓷-设计指南

通常情况下，不熟悉陶瓷工程的设计师会选择直接替换金属部件，例如，用同类的陶瓷部件。然而，这通常不是最好的解决方案，并可能不必要地增加制造成本，导致组件不能按预期工作。本指南是针对工程师和设计师希望合并先进技术陶瓷，如氮化硅、氧化锆、氧化铝和碳化硅，进入现有的和新的体系。

图片来源:国际Syalons(纽卡斯尔)有限公司

本指南将首先比较高级陶瓷与金属、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。亚博网站下载接下来，一系列的设计技巧将强调设计和使用陶瓷组件时需要考虑的要点。通过遵循这些建议，陶瓷部件将更简单和更便宜的制造，节省时间和金钱，同时仍然提供一个“适合的目的”的部件。

亚博网站下载材料比较

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。这三种常见的材料类型通常被陶瓷所替代。“低”、“中”和“高”的值并不是绝对的，只是表明一种材料组对特定物理特性的一般趋势，因为每组中都有大量的材料。亚博网站下载

表1。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	低
高温强度	高	媒介	低	媒介
弹性模量	高	媒介	低	媒介
抗压强度	高	媒介	低	媒介
韧性	低	高	媒介	低
延性	低	高	高	低
硬度	高	媒介	低	媒介
密度	低/中	中/高	低	低/中
耐磨性	高	媒介	低	媒介
热导率	媒介	高	低	媒介
热膨胀系数	低	低/中	高	低
耐热震性	低/中	高	高	低/中
耐蚀性	高	低/中	低/中	中/高

高级陶瓷的性能

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，但却很脆，缺乏韧性，特别是与金属相比。它们在拉应力下相对较差，但在压应力下很好。由于完全缺乏延性，陶瓷在达到临界拉应力后，在组织的不均匀性区域突然和灾难性地失效。例如，高应力可能发生在尖锐的边缘、角和孔区域。另一方面，高级陶瓷可以承受很高的压缩载荷。

这对封闭微观组织中的关键缺陷有作用。在设计中应该尽可能地使用这个属性。记住这些要点，应该尽可能遵循以下设计技巧。除了增加组件实现所需性能的机会，遵循这些技巧也将节省制造期间的时间和金钱。

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1. 尺寸公差尽可能宽松。例如，如果一个部件的公差可以达到±1-3%，那么该部件通常可以“烧结”生产。这就消除了对零件进行金刚石研磨的需要，这是制造过程中最昂贵的阶段之一。

2. 限制组件厚度．陶瓷的强度受其最大缺陷的大小限制。元件越厚，出现大缺陷的可能性就越大。另外，请记住，高级陶瓷，如Syalons和Zircalon，比耐火材料更坚固，所以在陶瓷代替厚的耐火材料的情况下，更薄的陶瓷部件仍然会做得很好。

3. 避免导致压力集中的特性，如棱角锋利、横截面积突然变化、接触点小等。尖锐的边和角应通过倒角、半径或底边来减轻。如果可能，使用锥形逐渐改变横截面积。提供大的接触面积，以分散负载。

4. 保持组件形式尽可能简单．记住，陶瓷组件是通过先形成一个低密度的“绿色”致密体，然后烧结到全密度。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。(参见上文第1点)。在某些情况下，为了简化陶瓷部件，改变设计中的非陶瓷部件的形式可能是有利的。或者，考虑使用模块化设计，也就是说，将组件分成几个更小、更简单的部分。

5. 尽可能保持截面或壁厚均匀．组件厚度的大变化是应力集中的另一个原因。例如，当洞位于偏心位置时，就会出现这种情况。此外，薄的截面比厚的截面致密得更快，因此当厚的截面仍在致密时，可能会发生翘曲或晶粒生长。晶粒长大可能导致强度降低，应尽可能避免。

6. 避免不必要的金刚石研磨．磨削会引起非常高的应力集中，如上所述，会造成缺陷。然而，通过优化磨削参数或抛光或研磨，这个问题可以最小化。

7. 考虑通过合并连接技术实现模块化设计如收缩配件，使用粘合剂，或螺纹。例如，在钢壳中装配Syalon 101挤压模时，收缩装配效果很好。钢在冷却时的热收缩更大，使sialon模具处于压缩状态，如上所述，这是陶瓷的首选环境。胶粘剂，具有优异的性能，可达1600°C，也可用于连接陶瓷，如Syalon和Zircalon。例如，这些陶瓷也可以通过使用螺纹(内部和外部)来机械紧固。

希望，这些设计技巧提供了一些要点，当试图将先进的技术陶瓷纳入您的设计。如果您需要更多信息，请联系我们的技术或工程人员或查看我们的材料部分亚博网站下载更多关于我们制造的陶瓷的信息．

这些信息已从国际赛隆斯提供的材料中获取、审查和改编。亚博网站下载

有关此来源的更多信息，请访问国际Syalon年代．