퍼니스 사이클 후에만 발생하는 균열은 제조 결함인 경우가 드뭅니다. 대부분의 현장 고장에서는 Al2O3 세라믹 부품이 배송 시에는 문제가 없었으나 열 하중이 열충격 한계를 초과하여 균열이 발생했습니다. 알루미나 세라믹의 열충격 저항을 이해하는 것이 수천 번의 사이클을 견디는 부품과 첫 주에 실패하는 부품의 차이를 만듭니다.
고장 보고서는 거의 항상 동일합니다. 퍼니스 튜브, 연소 보트 또는 열전대 시스가 수개월 동안 안정적인 작동을 견디다가 가열, 냉각 또는 부분 부하 변경 중에 파손됩니다. 부품이 상온에서는 괜찮아 보이기 때문에 재료의 문제로 비난받습니다. 실제로는 온도 구배가 트리거입니다. 즉, 알루미늄 산화물 세라믹의 한 면이 다른 면보다 훨씬 빠르게 가열되거나 냉각되어 불일치가 내부 응력을 발생시킵니다.
세라믹은 소성 변형되지 않습니다. 급격한 온도 변화가 가파른 구배를 설정하면 뜨거운 표면이 팽창하려고 하지만 차가운 코어가 이를 구속하여 표면에 인장 응력을 발생시킵니다. 이 응력이 재료의 굽힘 강도를 초과하면 균열이 시작됩니다. 일반적으로 응력이 집중되는 가장자리, 구멍 또는 단면 변경 부위에서 발생합니다. 위험을 제어하는 두 가지 요인은 열팽창 계수(CTE)와 단면이 열을 얼마나 빨리 방출할 수 있는지입니다. 높은 CTE와 두꺼운 벽은 모두 동일한 변화율에 대해 더 큰 구배를 유발합니다.
이러한 원칙은 고온 Al2O3 세라믹 퍼니스 튜브, 화학적으로 안정적인 연소 보트 및 열적으로 안정적인 열전대 보호 튜브에 가장 중요합니다. 이 부품들은 가마 또는 열처리 라인에서 가장 가파른 구배를 경험합니다.
| 매개변수 | 값 | 기준 |
|---|---|---|
| 알루미나 함량 | 99% Al2O3 | (P) |
| 최대 연속 온도 | 1700 °C | (P) |
| 열충격 저항 | 200 °C 델타 | (T) |
| 열팽창 계수 | 7.6 × 10-6/°C | (P) |
| 열 전도도 (20 °C) | 27 W/m·K | (P) |
| 굽힘 강도 | 330 MPa | (P) |
| 벽 두께 범위 | 1–20 mm | (P) |
| 500 사이클 후 표면 거동 | 균열 침투 없음 | (C) |
기준 키: (P) 제품 페이지 사양; (T) 일반 재료 값; (C) 실제 부품에 대한 사이클링 테스트로 확인 예정.
예. 작은 결함은 각 사이클마다 임계 이하의 응력을 축적합니다. 부품은 단일 테스트를 통과하고 여러 번 반복 후에도 실패할 수 있으므로 항상 대표 샘플을 사이클 테스트하십시오.
보통 반대입니다. 더 두꺼운 벽은 온도 구배와 저장된 탄성 에너지를 증가시켜 균열 가능성을 높입니다.
보편적인 숫자는 없지만, 부하와 세라믹 간의 차이를 대략 200 °C 미만으로 유지하고 천천히 경사하면 재료의 한계 내에서 응력을 유지할 수 있습니다.
두 가지 질문을 분리할 가치가 있습니다. 재료가 구배를 전혀 견딜 수 있는지 여부와 특정 부품에 응력을 균열로 바꾸는 결함이 없는지 여부입니다. 가장자리 칩, 가공 미세 균열 및 과도한 입자는 모두 실제 한계를 낮추므로, 소성된 본체의 제어는 등급 데이터만큼 중요합니다. 제어된 입자 구조로 만들어지고 표면 결함에 대해 검사된 Al2O3 세라믹 튜브 또는 보트는 숨겨진 결함이 있는 명목상 동일한 부품보다 훨씬 더 많은 사이클을 견딥니다.
기술 세라믹이 복합 열 및 화학적 공격에 대해 어떻게 설계되는지에 대한 두 번째 관점을 보려면 열충격 및 부식에 대한 이중 보호를 참조하십시오.
