مواد سرامیکی مدت هاست که به دلیل خاصیت منحصر به فرد مانند سختی زیاد ، مقاومت در برابر سایش عالی ، ثبات شیمیایی خوب و مقاومت در برابر دمای بالا در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. من به عنوان یک تأمین کننده قطعات سرامیکی ، من شاهد دست اول کاربردهای گسترده قطعات سرامیکی در مزارع مانند الکترونیک ، خودرو ، هوافضا و وسایل پزشکی بوده ام. با این حال ، مانند هر ماده دیگر ، قطعات سرامیکی محدودیت های خود را نیز دارند. درک این محدودیت ها برای تأمین کنندگان مانند من و مشتریان ما بسیار مهم است که هنگام انتخاب قطعات سرامیکی برای برنامه های خاص ، تصمیمات آگاهانه بگیرند.
1
یکی از مهمترین محدودیت های قطعات سرامیکی ، شرارت آنها است. سرامیک ها به دلیل سختی زیادشان شناخته شده اند ، اما این به هزینه سختی شکستگی کم می آید. بر خلاف فلزات ، که می توانند به صورت پلاستیکی تحت استرس تغییر شکل دهند ، سرامیک ها هنگام قرار گرفتن در معرض سطح بحرانی استرس ، به طور ناگهانی ترکیده و شکسته می شوند. این شکنندگی باعث می شود قطعات سرامیکی در هنگام کار ، نصب و بهره برداری در معرض آسیب قرار بگیرند.
به عنوان مثال ، در صنعت خودرو ، دیسک های ترمز سرامیکی به دلیل مقاومت در برابر حرارت برتر و عملکرد ترمز به طور فزاینده ای محبوب می شوند. با این حال ، آنها در مقایسه با دیسک های ترمز چدن سنتی مستعد ترک خوردگی هستند. یک ضربه کوچک یا تغییر ناگهانی دما می تواند باعث ایجاد شکاف سریع شود و منجر به خرابی دیسک ترمز شود. به طور مشابه ، در صنعت الکترونیک ، بسترهای سرامیکی مورد استفاده در تابلوهای مدار چاپی می توانند اگر در طی فرآیند تولید با دقت اداره نشوند یا در صورت کار در معرض استرس مکانیکی قرار نگیرند ، شکسته شوند.
شکنندگی قطعات سرامیکی همچنین استفاده از آنها را در برنامه هایی که احتمالاً آنها بارگذاری یا تأثیر پویا را تجربه می کنند ، محدود می کند. به عنوان مثال ، در صنعت هوافضا ، جایی که مؤلفه ها اغلب در معرض سطح بالایی از لرزش و شوک قرار می گیرند ، استفاده از قطعات سرامیکی به کاربردهای غیر بحرانی محدود می شود. مهندسان برای به حداقل رساندن خطر ترک خوردگی و خرابی ، باید قطعات و سازه های اطراف آن را به دقت طراحی کنند.
2. مشکل در ماشینکاری
محدودیت دیگر قطعات سرامیکی مشکل در ماشینکاری آنها است. سرامیک ها مواد بسیار سختی هستند که باعث می شود شکل دادن آنها در هندسه های مورد نظر چالش برانگیز باشد. روشهای سنتی ماشینکاری مانند چرخش ، فرز و حفاری اغلب برای سرامیک مناسب نیستند زیرا می توانند باعث سایش بیش از حد ابزار و آسیب سطح شوند.
برای دستگاه های سرامیکی ، تکنیک های تخصصی ماشینکاری مانند سنگ زنی ، ماشینکاری تخلیه الکتریکی (EDM) و ماشینکاری لیزر مورد نیاز است. این تکنیک ها در مقایسه با روشهای سنتی ماشینکاری گران تر و وقت گیر هستند. علاوه بر این ، آنها برای دستیابی به دقت و سطح سطح مورد نیاز به مهارت و تخصص بالایی نیاز دارند.
به عنوان مثال ، هنگام تولید اجزای سرامیکی با اشکال پیچیده مانند تیغه های توربین یا کاشت دندان ، روند ماشینکاری می تواند بسیار چالش برانگیز باشد. سختی زیاد مواد سرامیکی ، حذف دقیق مواد را دشوار می کند و هرگونه خطایی در فرآیند ماشینکاری می تواند منجر به رد قسمت شود. این باعث افزایش هزینه تولید و زمان سرب برای قطعات سرامیکی می شود و باعث می شود آنها در مقایسه با قطعات ساخته شده از سایر مواد ، رقابت کمتری داشته باشند.
3. هزینه بالا
هزینه بالا یکی دیگر از محدودیت های مهم قطعات سرامیکی است. مواد اولیه مورد استفاده برای تولید سرامیک اغلب گران است و فرآیند تولید پیچیده و پر انرژی است. همانطور که قبلاً ذکر شد ، مشکل در ماشینکاری قطعات سرامیکی نیز به هزینه بالا کمک می کند.
علاوه بر این ، الزامات کنترل کیفیت برای قطعات سرامیکی بسیار سختگیرانه است. با توجه به شکنندگی و پتانسیل نقص آنها ، برای اطمینان از کیفیت و قابلیت اطمینان آن ، هر قسمت باید با دقت مورد بازرسی قرار گیرد. این بیشتر هزینه تولید را افزایش می دهد.
به عنوان مثال ، در صنعت پزشکی ، به دلیل سازگاری زیست سازگاری و خاصیت مکانیکی عالی ، از کاشت سرامیک استفاده می شود. با این حال ، هزینه بالای این ایمپلنت ها ، استفاده گسترده آنها ، به ویژه در کشورهای در حال توسعه را محدود می کند. به طور مشابه ، در صنعت الکترونیک ، خازن های سرامیکی نسبت به همتایان خود که از سایر مواد تهیه شده اند ، گران تر هستند ، که می تواند برای برخی از تولید کنندگان بازدارنده باشد.
4. انعطاف پذیری طراحی محدود
قطعات سرامیکی همچنین در مقایسه با قطعات ساخته شده از سایر مواد ، انعطاف پذیری طراحی محدودی دارند. شکنندگی سرامیک ، طراحی قطعات را به هندسه های ساده محدود می کند. اشکال پیچیده و سازه های دیواره نازک به دلیل خطر ترک خوردگی در طی فرآیند تولید ، تولید سرامیک ها دشوار است.
به عنوان مثال ، در طراحی مبدلهای حرارتی ، اجزای فلزی را می توان به راحتی در هندسه های پیچیده ساخت تا به حداکثر رساندن راندمان انتقال حرارت باشد. با این حال ، مبدل های حرارتی سرامیکی به دلیل مشکل در ساخت اشکال پیچیده تر ، اغلب به طرح های لوله ای در لوله یا صفحه محدود می شوند. این کار و دامنه کاربرد مبدل های حرارتی سرامیکی را محدود می کند.
5. حساسیت به شوک حرارتی
سرامیک ها به شوک حرارتی حساس هستند که این تغییر ناگهانی دما است. هنگامی که یک قسمت سرامیکی در معرض تغییر سریع دما قرار می گیرد ، تنش های حرارتی در داخل مواد ایجاد می شود. اگر این تنش ها از قدرت سرامیک فراتر رود ، قسمت می تواند شکسته یا شکسته شود.
به عنوان مثال ، در کاربردهای درجه حرارت بالا مانند کوره ها و کوره ها ، اجزای سرامیکی می توانند هنگام گرم شدن یا خنک شدن کوره ، شوک حرارتی را تجربه کنند. برای به حداقل رساندن خطر شوک حرارتی ، روشهای ویژه گرمایش و سرمایش باید دنبال شود که می تواند هزینه عملیاتی و پیچیدگی را افزایش دهد.
در موردفیلتر سرامیکی، شوک حرارتی نیز می تواند یک نگرانی باشد. این فیلترها اغلب در برنامه هایی که در معرض گازهای درجه حرارت بالا یا مایعات قرار دارند استفاده می شود. تغییر ناگهانی در دمای گاز یا مایع که از طریق فیلتر جریان می یابد می تواند باعث فشارهای حرارتی شود و به طور بالقوه منجر به خرابی فیلتر شود.
6. تخلخل و نقص سطح
قطعات سرامیکی می توانند دارای تخلخل و نقص سطح باشند که می تواند بر عملکرد و قابلیت اطمینان آنها تأثیر بگذارد. تخلخل وجود سوراخ های کوچک یا حفره های موجود در مواد سرامیکی است. این منافذ می توانند قدرت و سفتی قسمت را کاهش دهند و همچنین می توانند مسیری را برای نفوذ مواد خورنده فراهم کنند.
نقص سطحی مانند ترک ، خراش و چاله ها نیز می تواند در طی فرآیند تولید یا به دلیل استفاده و استفاده از آن رخ دهد. این نقص ها می توانند به عنوان کنسانتره استرس عمل کنند و خطر ابتلا به ترک و انتشار را افزایش می دهند.
به عنوان مثال ، در صنعت شیمیایی ، از دریچه های سرامیکی و پمپ ها برای کنترل مایعات خورنده استفاده می شود. اگر قطعات سرامیکی دارای تخلخل یا نقص سطح باشند ، مایع خورنده می تواند به داخل مواد نفوذ کند و باعث خوردگی و کاهش عمر خدمات اجزای آن شود.
پایان
با وجود این محدودیت ها ، قطعات سرامیکی هنوز مزایای بسیاری دارند و در صنایع مختلف به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. به عنوان یک تامین کننده قطعات سرامیکی ، وظیفه من این است که به مشتریان خود اطلاعات دقیقی در مورد محدودیت قطعات سرامیکی ارائه دهم و به آنها در انتخاب مناسب ترین مواد و طرح ها برای برنامه های خاص خود کمک کنیم.
اگر در نظر دارید از قطعات سرامیکی برای پروژه خود استفاده کنید ، من شما را تشویق می کنم تا برای یک بحث دقیق با ما تماس بگیرید. تیم متخصصان ما می توانند پشتیبانی و راهنمایی فنی را در اختیار شما قرار دهند تا از بهترین تصمیم خود اطمینان حاصل کنید. ما متعهد به ارائه قطعات سرامیکی با کیفیت بالا و خدمات عالی مشتری هستیم. بیایید با هم کار کنیم تا بر چالش ها غلبه کرده و به اهداف خود برسیم.
منابع
- Ashby ، MF ، & Jones ، DRH (2005). مهندسی مواد 1: مقدمه ای برای خواص ، برنامه ها و طراحی. Elsevier
- Kingery ، WD ، Bowen ، HK ، & Uhlmann ، DR (1976). مقدمه سرامیک. ویلی
- Reed ، JS (2004). اصول پردازش سرامیک. Wiley-Interscience.