Các vết nứt chỉ xuất hiện sau khi lò nung hoạt động hiếm khi là lỗi sản xuất. Trong hầu hết các trường hợp hỏng hóc thực tế, bộ phận bằng gốm Al2O3 ban đầu còn nguyên vẹn khi giao hàng và bị nứt do tải nhiệt vượt quá giới hạn sốc nhiệt của nó. Hiểu rõ về khả năng chống sốc nhiệt của gốm alumina là sự khác biệt giữa một bộ phận tồn tại hàng nghìn chu kỳ và một bộ phận hỏng ngay trong tuần đầu tiên.
Báo cáo lỗi gần như luôn giống nhau: một ống lò, thuyền đốt hoặc vỏ cặp nhiệt điện tồn tại hàng tháng hoạt động ổn định, sau đó bị gãy trong quá trình gia nhiệt, làm nguội hoặc thay đổi tải một phần. Vì bộ phận trông vẫn ổn ở nhiệt độ phòng, lỗi được quy cho vật liệu. Trên thực tế, nguyên nhân kích hoạt là chênh lệch nhiệt độ — một mặt của gốm oxit nhôm nóng lên hoặc nguội đi nhanh hơn nhiều so với mặt kia, và sự không khớp này tạo ra ứng suất bên trong.
Gốm không biến dạng dẻo. Khi thay đổi nhiệt độ nhanh tạo ra chênh lệch nhiệt độ lớn, bề mặt nóng cố gắng giãn nở trong khi lõi lạnh hơn kìm hãm nó, tạo ra ứng suất kéo ở bề mặt. Nếu ứng suất đó vượt quá độ bền uốn của vật liệu, vết nứt sẽ bắt đầu — thường ở cạnh, lỗ hoặc chỗ thay đổi tiết diện, nơi ứng suất tập trung. Hai yếu tố kiểm soát rủi ro: hệ số giãn nở nhiệt (CTE) và tốc độ mà tiết diện có thể tản nhiệt. CTE cao và thành dày đều làm tăng chênh lệch nhiệt độ với cùng một tốc độ thay đổi.
Các nguyên tắc này quan trọng nhất đối với ống lò gốm Al2O3 nhiệt độ cao, thuyền đốt ổn định hóa học và ống bảo vệ cặp nhiệt điện ổn định nhiệt — các bộ phận chịu chênh lệch nhiệt độ lớn nhất trong lò nung hoặc dây chuyền xử lý nhiệt.
| Thông số | Giá trị | Cơ sở |
|---|---|---|
| Hàm lượng Alumina | 99% Al2O3 | (P) |
| Nhiệt độ liên tục tối đa | 1700 °C | (P) |
| Khả năng chống sốc nhiệt | 200 °C delta | (T) |
| Hệ số giãn nở nhiệt | 7.6 × 10-6/°C | (P) |
| Độ dẫn nhiệt (20 °C) | 27 W/m·K | (P) |
| Độ bền uốn | 330 MPa | (P) |
| Phạm vi độ dày thành | 1–20 mm | (P) |
| Hành vi bề mặt sau 500 chu kỳ | Không có vết nứt xuyên thấu | (C) |
Khóa cơ sở: (P) thông số kỹ thuật trang sản phẩm; (T) giá trị vật liệu điển hình; (C) cần được xác nhận bằng thử nghiệm chu kỳ trên bộ phận thực tế.
Có. Các khuyết tật nhỏ tích lũy ứng suất dưới tới hạn trong mỗi chu kỳ; bộ phận có thể vượt qua một bài kiểm tra duy nhất và vẫn hỏng sau nhiều lần lặp lại, vì vậy luôn luôn kiểm tra chu kỳ một mẫu đại diện.
Thường thì ngược lại. Thành dày hơn làm tăng chênh lệch nhiệt độ và năng lượng đàn hồi tích trữ, làm cho việc nứt dễ xảy ra hơn, không phải ít hơn.
Không có con số phổ quát, nhưng giữ dưới khoảng 200 °C chênh lệch giữa tải và gốm, và ramp chậm, sẽ giữ cho ứng suất bên trong vật liệu nằm trong giới hạn.
Cần tách biệt hai câu hỏi: liệu vật liệu có thể chịu được chênh lệch nhiệt độ hay không, và liệu bộ phận cụ thể có bị lỗi biến ứng suất thành vết nứt hay không. Mẻ cạnh, vi nứt do gia công và hạt quá lớn đều làm giảm giới hạn thực tế, vì vậy việc kiểm soát vật liệu đã nung cũng quan trọng như dữ liệu loại vật liệu. Một ống hoặc thuyền Gốm Al2O3 được chế tạo với cấu trúc hạt được kiểm soát và kiểm tra các khuyết tật bề mặt sẽ chịu được nhiều chu kỳ hơn một bộ phận có cùng tên gọi nhưng có khuyết tật ẩn.
Để có một góc nhìn khác về cách một loại gốm kỹ thuật được thiết kế để chống lại sự tấn công kết hợp của nhiệt và hóa học, hãy xem bảo vệ kép chống sốc nhiệt và ăn mòn.
