仅仅因为组件是陶瓷的并不意味着它具有“高性能”。之所以如此描述，是因为它的材料、几何形状、表面状况和制造质量使其能够在具有挑战性的操作条件下可靠地运行。
先进陶瓷在金属腐蚀、聚合物变形或润滑表面快速磨损的地方保持硬度、绝缘性和化学稳定性。但不同的陶瓷材料会解决不同的问题。成功实施的关键首先是能够查明失效机制，而不是选择具有最令人印象深刻的数据表的材料。
从现有失败的点开始。
最好从导致停机、污染或性能不佳的组件开始。工程师应确定主要问题是否是磨损、腐蚀、漏电、热变形，或者是否是由于反复进行严酷的清洁而发生的。
示例包括：
- 金属导轨磨损磨料生产线
- 导致聚合物绝缘体变形的热量。
- 在腐蚀性液体中腐蚀的泵部件。
- 重复循环后零件不准确：
- 电气部件跟踪和/或排气。
- 半导体元件是金属污染源
这些问题是衡量高性能陶瓷零件是否能够获得有意义的优势的标准。 UPCERA 的高科技陶瓷产品展示了陶瓷的各种特性，可以帮助其他关键应用领域，例如医药、工业设备、电子、流体控制系统和其他要求苛刻的应用。
评估材料属性以根据每项性能要求进行衡量
没有任何一种陶瓷材料能够提供韧性、硬度、导热率、电绝缘性和耐腐蚀性的最大组合。这意味着必须有明确的材料选择顺序。
氧化铝是一种具有多种应用的材料，可用作电绝缘体以及耐磨损和耐高温材料。 氧化锆具有更高的抗断裂性，可用于需要抗接触和/或间歇冲击的精密部件。 氮化硅的特性包括强度、低密度和耐热冲击性。 碳化硅是一种具有高硬度、耐化学性和高温尺寸的材料。 氮化铝适用于既需要电气绝缘又需要散热的情况。
在检查了 UPCERA 的各种高级陶瓷材料后，买家可以比较特定应用的等级。
评估组合载荷，而不是单个属性
在大多数情况下，工业部件会承受不止一种类型的应力。陶瓷喷嘴会受到磨料颗粒和压力的影响，同时也会受到化学暴露和热循环的影响。电绝缘体可能会承受机械载荷并发生振动。
| 需要输入 | 提供的信息 | 为什么它很重要 |
| 温度曲线 | 连续率、峰值率和循环率 | 揭示热和热冲击需求 |
| 机械负载 | 方向、幅度和冲击频率 | 确定强度和韧性需求 |
| 工艺介质 | 流体、气体、等离子体或清洁剂 | 识别腐蚀和污染风险 |
| 佩戴情况 | 运动、颗粒和配合面 | 指导硬度和表面选择 |
| 电力值班 | 电压、频率和绝缘距离 | 定义介电要求 |
| 组装方法 | 夹紧、压接、粘合或钎焊 | 暴露安装压力 |
| 服务目标 | 所需寿命和维护间隔 | 设定可衡量的验证目标 |
如果冲击是主要因素，那么仅根据硬度选择的材料可能会断裂。即使一种材料具有高绝缘值，如果它不能将热量从其他电子元件中传导出去，它也可能不是合适的材料。同样，良好的高温额定值并不等于能够承受快速的温度变化。
操作配置文件应指定以下内容：
- 环境温度和/或最高温度
- 设备一年内加热和冷却的次数。
- 静态、弯曲 & 冲击载荷
- 流体/气体化学。
- 尺寸为&的磨粒浓度。
- 电气要求——电压和介电常数。
- 可接受的污染
- 预计维护间隔
应以尽可能接近的方式模拟要测试的环境。
陶瓷的几何形状也可以修改以适应感兴趣的陶瓷特性。
一般来说，高性能陶瓷具有较高的抗压缩力，但抗拉力、边缘冲击力和应力集中能力较弱。并非所有金属零件都可以（直接）复制到陶瓷中。
内角应替换为有用的、不尖锐的半径。任何突然的厚度变化都应该平滑，孔也应该平滑，孔应该从边缘向后退。在制造/装配过程中必须正确支撑薄截面。
功能表面的公差可以非常严格，而非关键区域的公差应该是经济的。 UPCERA 可生产的定制陶瓷零件和结构包括套管、喷嘴、绝缘体、定位销、陶瓷金属零件和基于图纸的复杂结构。
根据功能定义表面质量
表面粗糙度与流体的摩擦、密封、颗粒的产生、流动和电特性有关。光亮的表面可能会减少滑动磨损或污染，而刻意研磨的表面可能适合结构支撑。
仅当表面用于特定用途时才应指定表面要求。工程师应确定：
- 任何相对于另一个表面移动的表面，例如滑动表面。
- 密封面
- 流体接触通道
- 光学/传感接口
- 粘合和金属化区域可能需要特定的表面处理。
- 高压表面
- 洁净室暴露表面
在精密磨削、研磨和抛光中，必须避免切屑和亚表面损伤的发生。因此， 先进陶瓷加工工艺对于陶瓷部件至关重要，而不仅仅是尺寸精加工工艺。
考虑整个装配体
陶瓷通常与不锈钢、铝和聚合物以及密封件或粘合剂一起使用。不同的材料具有不同的热膨胀系数以及载荷传递行为和载荷传递特性。
刚性夹紧或过多干扰可能会导致局部应力。柔顺层和/或受控间隙和/或钎焊接头或工程粘合剂可以提供更安全的负载分布。在设计中，避免任何硬质金属表面在组装过程中与陶瓷边缘接触也很重要。
应在整个系统中对陶瓷部件进行评估。即使是通过单独测试的组件也可能会受到外壳变形、不对中或紧固件扭矩不均匀的影响而发生故障。
应用程序-基于测试以验证性能。
`尽可能模拟最关键的操作条件并进行测量。
根据应用的不同，验证可能涉及：
- 经过多次循环后，就会有磨损率。
- 热暴露后的强度：介电强度。
- 压力下泄漏
- 热稳定性、加热后的尺寸稳定性能
- 浸入化学品中并检查耐化学性。
- 清洁环境中产生颗粒。
- 组装和振动后的强度。
测试后检查陶瓷部件及其配合部件。磨损图案或变色，甚至微裂纹和接触痕迹都可以在系统完全失效之前显示出系统中的问题。
提高性能同时牢记可制造性。
并非所有陶瓷牌号在技术上都适合生产，最好的生产牌号不一定是技术能力最强的。总成本取决于几何形状、批量、模具、烧结行为、加工和检查所需的时间。
如果一个复杂的组件经过早期设计审查，则可以简化该组件，将其拆分为一个组件，或者使其更接近其最终形状。这可以最大限度地减少材料去除和刀具磨损，并降低刀具报废的风险。
在评估项目时，客户可以将图纸、操作条件、故障信息、关键规格和预期数量提供给 UPCERA。
结论
当要解决的问题相对于设备而言明确时，高性能陶瓷零件的价值就最大。他们的成功基于将材料特性与组合工作负载关联起来、根据陶瓷特性进行几何修改以及整个组件验证的能力。
正确设计的陶瓷零件能够延长维护周期，提高工艺稳定性，并在传统材料损坏的情况下可靠地发挥作用。
常见问题
Q1。是什么让陶瓷零件具有高性能？
它应该在恶劣的热、机械、化学或电气环境中提供可测量的可靠性水平。如果您选择了正确的材料，并不一定会在性能上取得成功。
Q2。哪种陶瓷材料适合耐磨应用？
碳化硅、氧化铝为高硬材料，氧化锆坚硬且坚韧。最佳选择是负载和冲击/配合材料的函数。
Q3。金属部件能否被高性能陶瓷部件替代？
有时，但直接更换并不总是可取的。由于陶瓷在拉伸和冲击载荷下的差异，可能需要改变几何形状、间隙和安装。
Q4。是否有可以定制的复杂陶瓷组件？
是的。是的。可以根据材料、尺寸、公差、几何形状和生产数量来评估孔、台阶、槽、螺纹和特殊表面等特征。
Q5。以下哪项是测试陶瓷原型的最佳方法？
在代表测试的温度、负载、化学品、运动、装配等条件下进行测试。测试后，检查陶瓷及配合件是否有损坏。