กรณีศึกษา: เหตุใดรูพรุนจึงเป็นข้อได้เปรียบในระบบอุณหภูมิสูง?
เหตุผลที่ขุมขวางสามารถปรับปรุงการทํางานในอุณหภูมิสูง SiC Applications
ในการเลือกวัสดุ ความเชื่อทั่วไปคือ
ความขวางต่ํากว่า = ผลงานที่ดีกว่า
การสมมุติฐานนี้ทําให้นักวิศวกรหลายคนชอบ:
- เซรามิคหนา
- วัสดุความแข็งแรงสูง
อย่างไรก็ตาม ในระบบอุณหภูมิสูง นี่ไม่ใช่เรื่องจริงเสมอไป
กลยุทธ์ทางวิศวกรรมทั่วไป
- ความหนาแน่นสูง → ความแข็งแรงสูง
- ช่องเลื่อมต่ํากว่า → ความน่าเชื่อถือสูงกว่า
ดังนั้น:
วัสดุที่มีขั้วขั้ว ถือว่าอ่อนแอและไม่น่าเชื่อถือ
ในสภาพแวดล้อมอุณหภูมิสูงจริง
- วัสดุที่หนาแน่นอาจแตกจากการเครียดทางความร้อน
- องค์ประกอบ SiC มีขุมบางส่วน (เช่น RSiC) แสดงผลงานที่ยาวนานที่มั่นคง
- ความล้มเหลวไม่ได้เกี่ยวข้องกับความหนาแน่นเสมอ
นี่ชี้ให้เห็นว่ารูขุมมีบทบาทที่แตกต่างกัน
ในอุณหภูมิที่สูงขึ้น ผลประกอบการถูกกํากับโดย:
- ความเครียดทางความร้อน
- ภาวะอุณหภูมิ
- สภาพจํากัด
ไม่ใช่แค่ความแข็งแรงทางกล
โครงสร้างที่มีขั้วให้:
พื้นที่ภายในสําหรับการบิด
ทําให้:
- การปรับความเครียดขนาดเล็ก
- การลดความเครียดภายใน
เมื่อเทียบกับวัสดุที่หนาแน่น:
- ความเครียดไม่ค่อยมุ่งเน้น
- เริ่มการแตกช้า
ในระบบอุณหภูมิสูง:
- อุณหภูมิไม่เท่ากัน
- องค์ประกอบประสบความผิดพลาดทางความร้อน
วัสดุขัดขวาง
- มีความสามารถในการนําไฟได้ต่ํากว่า
- ลดการถ่ายทอดความร้อนอย่างรวดเร็ว
ซึ่งนําไปสู่:
- ระดับอุณหภูมิที่ราบเรียบกว่า
- ความเครียดทางความร้อนที่ต่ํากว่า
วัสดุที่หนาแน่นมีพฤติกรรมเช่น
โครงสร้างที่แข็งแกร่ง และมีข้อจํากัดสูง
วัสดุขัดขวาง
- แสดงความเชื่อฟังเล็กน้อย
- ลดความเครียดที่เกิดจากการจํากัด
โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่สําคัญ ใกล้กับตัวสนับสนุนและขอบ
ในวัสดุที่หนาแน่น:
- การแตกกระจายตัวอย่างรวดเร็ว เมื่อเริ่ม
ในโครงสร้างที่มีรู:
- ช่องรูปร่างเป็นอุปสรรค
- เส้นทางของรอยแตกกลายเป็นไม่ปกติ
นี่ทําให้การแพร่กระจายของรอยแตกช้าลง
หนาส่วนประกอบของซิลิคอนคาร์บิด (SSiC) ที่ไม่อัดแรงให้ความแข็งแกร่งสูง ความแข็งแรงสูง และความทนทานต่อการกัดกร่อนที่ดี
ในทางตรงกันข้าม ระบบซิลิคอนคาร์ไบดโปรัส เช่นวัสดุ SiC ที่เชื่อมต่อด้วยปฏิกิริยาหรือกระจกกระจกใหม่สามารถให้ความอดทนต่อความเครียดทางความร้อนและความทนทานต่อการแตกที่ดีขึ้นในสภาพแวดล้อมอุณหภูมิสูงบางแห่ง
ดังนั้น การมีขุมขวางไม่ควรมองว่าเป็นความบกพร่อง แต่เป็นลักษณะการออกแบบโครงสร้างที่ตรงกับสภาพการทํางานเฉพาะเจาะจง
ในระบบเตาอบ
- ส่วนประกอบ SiC ที่หนาแน่น ให้ความแข็งแกร่งโครงสร้างสูงขึ้น
- ขณะที่วัสดุ SiC ที่มีขุมขวาง จะสามารถทนความร้อนได้ดีกว่า
สําหรับการใช้งานที่ต้องการความจุสูงองค์ประกอบโครงสร้างเซรามิก SSiCถูกเลือกโดยทั่วไป
สําหรับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและภาระที่ต่ําที่มีวงจรความร้อนที่รุนแรงระบบซิลิคอนคาร์ไบดที่มีขุมสามารถให้ความมั่นคงทางความร้อนที่ดีขึ้น
การเลือกวัสดุต้องตรงกับสภาพของระบบ
- ความหน่วงสูง → SiC หนา (SSiC)
- อุณหภูมิสูง / ความเปลี่ยนแปลงทางความร้อน → SiC มีขุม (RSiC)
SiC ที่มีขุมเป็นประโยชน์เมื่อ:
- ความเทียบความร้อนสูงมาก
- อุตสาหะมีแรงเฉลี่ย
- ความมั่นคงในระยะยาวจําเป็น
SiC ที่มีขั้วขั้วอาจไม่เหมาะสมเมื่อ:
- ความหนักในการบิดสูง
- ความแข็งแกร่งของโครงสร้างเป็นสิ่งสําคัญ
การมีขุมขวางสามารถเพิ่มผลงานได้ เพราะ:
- มันลดความเครียดทางความร้อน
- มันช่วยลดความเครียด
- มันชะลอการแพร่กระจายของรอยแตก
โดยเฉพาะในสภาพอากาศที่มีอุณหภูมิสูง
ความหนาแน่นที่สูงขึ้น ไม่ได้ดีกว่า
คุณสมบัติของวัสดุขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมการทํางาน
โครงสร้างซิลิคอนคาร์ไบด์ที่แตกต่างกันเหมาะสําหรับสภาพแวดล้อมการทํางานที่แตกต่างกัน
วัสดุ SSiC ที่หนาแน่นถูกใช้อย่างแพร่หลายสําหรับ
- ความจุสูง
- ความต้านทานต่อการกัดกรอง
- และความมั่นคงด้านมิติ
วัสดุซิลิคอนคาร์ไบด์ที่มีขุมขัดมักถูกเลือกสําหรับ:
- ความอดทนต่อความเครียดทางความร้อน
- ความต้านทานในการหมุนเวียนทางความร้อน
- และโครงสร้างความเบาที่ใช้อุณหภูมิสูง
สํารวจ:
