ทําไมส่วนประกอบ SiC จึงล้มเหลวที่ขอบ แต่ไม่ล้มเหลวตรงกลาง

ทําไม ส่วนประกอบของซิลิคอน คาร์ไบด จึงล้มเหลวที่ขอบ แทนที่กลาง?

ในการใช้งานอากาศสูงหลายส่วน ส่วนประกอบ SiC (ม้วน, ราง, แผ่น) มักจะล้มเหลวใน:

ขอบ, มุม, หรือส่วนปลาย

แทนที่:

กลางที่โครงสร้างดูเหมือนจะเครียดมากที่สุด

ซึ่งนําไปสู่คําถามที่ทั่วไปว่า

ทําไมความล้มเหลวถึงเกิดขึ้นที่ขอบ และไม่ใช่กลาง?

การสมมุติฐานทั่วไปคือ

• ภาระสูงสุด → ความเครียดสูงสุด
• ความเครียดสูงสุด → ศูนย์กลางของส่วนประกอบ

ดังนั้น ความล้มเหลวควรเกิดขึ้นตรงกลาง

อย่างไรก็ตาม การสังเกตสนาม ขัดแย้งการสมมตินี้

คุณลักษณะความผิดพลาดที่สังเกต ได้แก่

• การบดขอบหรือการบดขอบ
• เริ่มการแตกที่มุม
• ความเสียหายในพื้นที่ใกล้กับพื้นที่สัมผัส
• การสะสมเศษขยะที่ปลาย

ภาคกลางมักจะยังคงไม่เสียหาย

ข้อสําคัญในการเข้าใจพฤติกรรมนี้ คือ

การกระจายความเครียดและเงื่อนไขขอบเขต

ในระบบจริง ส่วนประกอบไม่ใช่รั้วที่เหมาะสม

พวกเขาได้รับอิทธิพลจาก:

• เงื่อนไขการช่วยเหลือ
• อินเตอร์เฟซติดต่อ
• คลื่นความร้อน
• ความไม่ต่อเนื่องทางกณิตศาสตร์

ขอบและมุมทําหน้าที่:

เครื่องปรับความเครียดธรรมชาติ

เหตุผล:

• ความไม่ต่อเนื่องทางกณิตศาสตร์
• พื้นที่กระจายภาระที่ลดลง
• การขยายความเครียดในท้องถิ่น

ถึงแม้ว่าความเครียดในโลกจะปานกลาง ความเครียดในท้องถิ่นที่ขอบเขตอาจสูงขึ้นมาก

ในระบบหลายระบบ (ม้วน, หนุน, พื้น)

• การโอนภาระผ่านพื้นที่สัมผัสในพื้นที่
• ติดต่อกันบ่อยๆไม่แบบเดียวกัน

นี่ทําให้เกิด:

• ความเครียดในการกดสูงในพื้นที่
• การสะสมความเสียหายขนาดเล็ก

ด้านขอบเป็นส่วนแรกที่ได้รับผลกระทบ

ในอุณหภูมิสูง:

• อุณหภูมิไม่ค่อยเท่ากัน
• ขอบมักเย็นหรือร้อนแตกต่างกัน

ซึ่งนําไปสู่:

• ความไม่เหมาะสมของการขยายความร้อน
• ความเครียดภายในใกล้กับขอบเขต

ขอบกลายเป็นพื้นที่เครียดที่สําคัญ

หนุนและอุปกรณ์ติดตั้งนํา:

• จํากัดการเคลื่อนไหว
• การขยายขนาดจํากัด

ซึ่งทําให้เกิด:

• ความเครียดที่สะสมอยู่ใกล้ตัวรอง
• ความเครียดในการดึงที่ขอบเพิ่มขึ้น

ภาคกลางโดยทั่วไป:

• มีการกระจายความเครียดที่เท่าเทียมกันมากขึ้น
• มีผลกระทบน้อยจากการติดต่อและข้อจํากัด
• ประสบการณ์ความเครียดที่ต่ํากว่า

ดังนั้น มันมักจะเป็นโครงสร้างที่มั่นคงมากขึ้น.

รูปแบบความผิดปกติที่ปกติของขอบประกอบด้วย:

• การบดขอบอย่างต่อเนื่อง
• เริ่มการแตกที่มุม
• การปะทะในท้องถิ่นใกล้กับพื้นที่สัมผัส
• การแพร่กระจายของรอยแตกไปทางด้านใน

ความล้มเหลวเริ่มต้นที่ขอบ แล้วเติบโตเข้าไปในตัว

ความล้มเหลวถูกกํากับโดยสภาพแวดล้อมท้องถิ่น ไม่ใช่ความเครียดทั่วโลก

แม้ว่าโครงสร้างทั้งหมดจะแข็งแรง

• ความเข้มข้นทางท้องถิ่น
• เงื่อนไขการติดต่อ
• อัตราการเกิดของความร้อน

จะควบคุมจุดเริ่มต้นของความล้มเหลว

เพื่อเพิ่มความน่าเชื่อถือ

• ลดความเครียด (หลีกเลี่ยงขอบคม)
• ปรับปรุงสภาพสัมผัสให้ดีที่สุด (เพิ่มพื้นที่สัมผัส)
• ปรับปรุงการออกแบบการสนับสนุน
• การควบคุมเทียบความร้อน

ในระบบม้วนเตาอบ ความล้มเหลวมักจะเริ่มต้นที่ปลายม้วนเพราะความเครียดการสัมผัสในพื้นที่และผลกระทบชายแดนทางอุณหภูมิแทนความล้มเหลวการบิดทั่วโลกที่ศูนย์กลาง

สําหรับการใช้งานในเตาอบอุณหภูมิสูงที่ต้องการรอลเลอร์ซิลิคอนคาร์ไบดซินเตอร์ (SSiC) ที่ไม่มีความดันสําหรับเตาเผาหมุนใช้กันอย่างแพร่หลาย เนื่องจากความมั่นคงทางอุณหภูมิที่ดีเยี่ยม, ความต้านทานต่อการออกซิเดชั่น และความน่าเชื่อถือในมิติระยะยาว

ส่วนประกอบ SiC ล้มเหลวที่ขอบ แทนที่ศูนย์กลาง เพราะ

• ขอบมุ่งความเครียด
• สถานการณ์การติดต่อถูกระบุ
• การลดความร้อนที่แข็งแรงที่สุดอยู่ที่ขอบเขต

จุดที่อ่อนแอที่สุดไม่ใช่จุดที่ภาระสูงที่สุด แต่คือจุดที่เครียดมุ่งเน้นที่สุด