केस स्टडी: SiC घटकों में थर्मल ग्रेडिएंट-प्रेरित तनाव

उच्च तापमान अनुप्रयोगों में, SiC घटकों को अक्सर उनके उत्कृष्ट थर्मल प्रतिरोध के लिए चुना जाता है।

तथापि, व्यावहारिक संचालन में, कुछ घटकों का प्रदर्शन होता हैः

• क्रैकिंग
• स्थानीय क्षति
• कम सेवा जीवन

यहां तक कि जब तापमान सीमाओं को पार नहीं किया जाता।

विफलता अक्सर होती हैः

• किनारों या कोनों पर
• संपर्क या प्रतिबंध क्षेत्रों के निकट
• समान विकृति के बिना

यह दर्शाता है कि:

समस्या तापमान की नहीं, बल्कि तापमान वितरण की है।

थर्मल ग्रेडिएंट का अर्थ हैः

एक घटक के भीतर तापमान अंतर

उदाहरण के लिए:

• गर्म क्षेत्रः 1400°C से 1600°C
• ठंडा क्षेत्रः काफी कम

जब थर्मल ग्रेडिएंट मौजूद हो:

• घटक के विभिन्न भागों को अलग-अलग विस्तार
• आंतरिक तनाव उत्पन्न होता है

इसके परिणामस्वरूप:

बाहरी भार के बिना थर्मल तनाव

इस प्रक्रिया का वर्णन इस प्रकार किया जा सकता हैः

1. असमान हीटिंग या शीतलन
2. अंतर थर्मल विस्तार
3. आंतरिक तनाव का विकास
4. महत्वपूर्ण बिंदुओं पर तनाव की एकाग्रता
5. क्रैक प्रारंभ

विशिष्ट विशेषताओं में शामिल हैंः

• किनारों या कोनों पर दरारें
• समर्थन या बाधाओं के पास क्षति
• कोई स्पष्ट अधिभार संकेत नहीं

विफलता अप्रत्याशित है

यद्यपि SiC में:

• कम थर्मल विस्तार
• उच्च तापमान स्थिरता

यह अभी भी अनुभव करता हैः

थर्मल तनाव जब ढलान पर्याप्त रूप से बड़े हैं

थर्मल तनाव निम्नलिखित से प्रभावित होता हैः

• तापमान अंतर (ΔT)
• ताप दर
• शीतलन दर
• घटक ज्यामिति
• सहायता की शर्तें

केवल तापमान ही विफलता का कारण नहीं है

तापमान अंतर करता है

उच्च तापमान प्रणालियों में थर्मल ग्रेडिएंट तनाव को कम करने के लिए, इंजीनियर अक्सर निम्नलिखित पर ध्यान केंद्रित करते हैंः

• तेजी से गर्म या ठंडा होने से बचना,
• तापमान एकरूपता में सुधार,
• घटक ज्यामिति का अनुकूलन,
• और समर्थन पर बाधा को कम करना।

मांग वाले ओवन अनुप्रयोगों के लिए, घनेदबाव रहित सिंटरित सिलिकॉन कार्बाइड (SSiC) घटकउनके उत्कृष्ट थर्मल स्थिरता, उच्च थर्मल चालकता और उच्च तापमान संरचनात्मक प्रदर्शन के कारण व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

थर्मल ग्रेडिएंट-प्रेरित तनाव हैः

असमान तापमान वितरण के कारण एक आंतरिक तनाव तंत्र

यह बाहरी यांत्रिक भार से स्वतंत्र है।

कई उच्च तापमान की विफलताओं का कारण नहीं हैः

• सामग्री की ताकत
• अधिकतम तापमान

लेकिन द्वाराः

प्रणाली के भीतर थर्मल ग्रेडिएंट