相同体积,不同密度--陶瓷砝码告诉你什么?

为工程师、采购人员和设计团队提供了权威而易读的指南。.
当你拿着两块相同的陶瓷材料时,会发现其中一块明显要重一些,这反映了材料的密度--一种影响强度、热性能、可加工性以及最终部件选择的基本属性。.
我们通过简单的实验比较了等体积陶瓷材料的重量,解释了它们之间的差异,并告诉您如何在为设备元件选择材料时应用这些见解。.

测试摘要

样品几何形状:9 × 9 × 9 毫米块
材料Macor、氧化铝、氮化铝、碳化硅、氧化锆
报告测量值(仅供参考)

材料测量重量报告密度
马科1.8 g2.52 克/立方厘米
氧化铝(Al₂O₃)2.8 g3.93 克/立方厘米
氮化铝(AlN)2.4 g3.34 克/立方厘米
碳化硅 (SiC)2.2 g3.15 克/立方厘米
氧化锆 (ZrO₂)4.4 g6.02 克/立方厘米

密度不仅仅是重量

密度反映了原子或分子的复杂性,以及材料是完全致密还是含有微孔。密度越高,弹性模量越大,惯性质量越大,强度越高 (但这并不是绝对的,微观结构和韧性也很重要).密度较低表明存在人为孔隙(例如烧结不完全,从而降低了材料强度)。.

氧化锆 (ZrO₂) - 密度最高. .常用于对韧性和耐磨性要求较高的场合(如轴承、医疗植入物)。高密度也会增加质量和惯性。.

氧化铝(Al₂O₃) - 密度大,强度高;常用于结构电气绝缘体和耐磨部件。.

AlN - 密度适中,但具有出色的导热性(良好的传热性和电气绝缘性)。.

SiC - 通常非常坚硬和耐磨;密度因加工工艺而异(多孔碳化硅可能更轻)。.

马科 - 重量轻,易于加工; 密度较低使其更容易成型和敲击,但机械强度低于致密氧化物陶瓷。.

对设计和采购的实际影响

既然我们已经获得了这些结果,那么如何将这些见解应用到实际应用中呢?
对于 质量敏感应用航天选择 低密度陶瓷 - 但要仔细研究 强度要求.
致密陶瓷氧化锆高纯氧化铝)的性能优于低密度材料 形变磨损测试. .因此,对于 对冲击或断裂敏感的应用, 断裂韧性密度 是决定性因素。.
密度 也与 热容 并影响 热惯性. .对于需要 热传递, 考虑使用以下材料 卓越的导热性, 而不仅仅是密度。.
对于 可加工性原型, 低密度 Macor 机加工陶瓷 是理想的,使 快速成型 更容易 后处理 (攻丝、钻孔)。然而,它们 不适合需要高强度和热性能的应用.