Come si sceglie un materiale ceramico per applicazioni meccanicamente impegnative?
La scelta della ceramica giusta in base alle proprietà meccaniche implica la considerazione di resistenza , tenacità e durezza . Queste proprietà sono distinte e in realtà hanno significati diversi. La resistenza misura la capacità di un materiale di sopportare carichi, la tenacità si riferisce alla sua resistenza alle crepe e la durezza si concentra sulla resistenza ai graffi.
Alcune ceramiche che offrono buone prestazioni in termini di queste proprietà includono la zirconia (la più resistente e forte) e il nitruro di silicio (abbastanza resistente e forte):
Carburo di silicio (duro e resistente) e carburo di boro (ancora più duro). L’allumina , pur non eccellendo in nessuna proprietà, è una scelta affidabile ed economica a tutto tondo.
Come si comportano meccanicamente le ceramiche sottoposte a fatica o a carichi di trazione permanenti?
Il modulo di Young, che è una misura della rigidità, può essere cruciale per le prestazioni della ceramica. La zirconia , ad esempio, ha una rigidità simile a quella dell “acciaio, il che la rende elastica nelle sezioni sottili, mentre l” allumina e altre ceramiche ingegneristiche sono due volte più rigide.
In che modo la temperatura o l’ambiente influiscono sulle proprietà meccaniche?
In generale, la maggior parte dei materiali ceramici presenta una resistenza inferiore a temperature più elevate a causa del rammollimento di qualsiasi fase vetrosa al bordo dei grani che possono contenere. Tuttavia, questa diminuzione non è lineare e solitamente esiste una “temperatura di utilizzo superiore” al di sopra della quale il materiale è considerato non sicuro per le applicazioni.
Alcune ceramiche, in particolare la zirconia, possono essere sensibili all’umidità, che può accelerare la formazione di crepe. Tuttavia, i produttori sono in genere ben attrezzati per prevenire questo problema. Le radiazioni possono rappresentare un problema in applicazioni specifiche, come i reattori nucleari o gli ambienti spaziali, e diversi tipi di ceramica hanno diverse capacità di gestirle, quindi è sempre consigliabile consultare un esperto quando le ceramiche sono necessarie per condizioni particolarmente impegnative.
Il processo di produzione della ceramica o la progettazione dei componenti influiscono sulle proprietà meccaniche?
Il processo di fabbricazione utilizzato influenza notevolmente le proprietà finali della ceramica, poiché influisce sulla microstruttura del materiale e sulla presenza di difetti.
I metodi di lavorazione a umido o morbidi, come la colata in barbottina o lo stampaggio a iniezione, tendono a creare più difetti rispetto agli approcci a secco, basati sulla polvere.
Anche la forma, le dimensioni e il design dei componenti ceramici giocano un ruolo fondamentale nelle loro proprietà. Spigoli vivi, angoli stretti e sezioni sottili possono innescare crepe e devono essere evitati.
Quando questo non è possibile, può essere utile integrare smussi sui bordi di 0,2-0,5 mm o massimizzare i raggi. I pezzi più piccoli e arrotondati generalmente presentano una maggiore resistenza ed è molto importante evitare situazioni in cui la ceramica presenta proprietà di trazione.
Andy Duncan e Precision Ceramics
Andy Duncan , Direttore Sviluppo Commerciale di Precision Ceramics, ha maturato oltre 30 anni di esperienza nel settore della ceramica ingegneristica, ricoprendo ruoli di Gestione Tecnica e Sviluppo Commerciale. La sua esperienza nell’applicazione della ceramica è ampia e spazia dalla progettazione e selezione di materiali ceramici alla giunzione di metalli, fino alla piezoceramica. Grazie alla sua ampia conoscenza di applicazioni e design in diversi mercati, Andy può guidarvi nella scelta del materiale più adatto alla vostra applicazione.
Precision Ceramics è leader nella fornitura di soluzioni personalizzate in ceramica tecnica. Andiamo oltre la semplice produzione: collaboriamo con voi in ogni fase della selezione dei materiali, della progettazione e dello sviluppo del prodotto.
Se avete domande su quale materiale ceramico potrebbe essere più adatto alla vostra applicazione, non esitate a contattarci.
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