无机材料的热稳定性.pptVIP

* 4.4 无机材料的热稳定性 热稳定性（抗热振性）： 材料承受温度的急剧变化（热冲击）而不致破坏的能力。 热冲击损坏的类型： 抗热冲击断裂性------材料发生瞬时断裂； 抗热冲击损伤性------在热冲击循环作用下，材料的表面开裂、剥落、并不断发展，最终碎裂或变质。 4.4.1 热稳定性的表示方法 1 . 一定规格的试样，加热到一定温度，然后立即置于室温的流动水中急冷，并逐次提高温度和重复急冷，直至观察到试样发生龟裂，则以产生龟裂的前一次加热温度0C表示。（日用瓷） 2 . 试样的一端加热到某一温度，并保温一定时间，然后置于一定温度的流动水中或在空气中一定时间，重复这样的操作，直至试样失重20%为止，以其操作次数n表示。 耐火材料 ： 1123K； 40min ； 283－293K； 3(5－!0)min 在复合体中，由于两种材料的热膨胀系数之间或结晶学方向有大的差别，形成应力，如果该应力过大，就可以在复合体中引起微裂纹。 在材料中存在微裂纹，测出的热膨胀系数出现滞后现象------ 膨胀系数低于单晶的膨胀系数。 例如：在一些TiO2组成物中，有此现象。 3 . 试样加热到一定温度后，在水中急冷，然后测其抗折强度的损失率，作为热稳定性的指标。（高温结构材料）。 4.4.2 热应力 0 400 800 1200 温度（0C） 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 膨胀（%） 由于存在显微裂纹而引起的多晶的热膨胀滞后现象 1. 热应力的产生 （1）热膨胀或收缩引起的热应力 当物体固定在支座之间，或固定在不同膨胀系数的材料上，膨胀受到约束时，在物体内就形成应力------（显微应力）。 有 ?x = ?z = ?T ? E / （1 － ? ) 在t=0的瞬间， ?x = ?z = ?max ，如果正好达到材料的极限抗拉强度?f ，则前后两表面开裂破坏， 得 ?Tmax= ?f (1－ ?)/ ? E 对于其他平面薄板状的材料： ?Tmax=S/ ?f (1－ ?)/ ? E S---形状因子，?Tmax---能承受的最大温差 式中的其他参数都是材料的本征性能参数，可以推广使用。 4.4.3 抗热冲击断裂性能 考虑问题的出发点： 从热弹性力学的观点出发 ，以强度-应力为判据，即材料中的热应力达到强度极限时发生断裂。 1. 第一热应力断裂抵抗因子R 仅考虑最大的热应力: ?Tmax= ?f (1－ ?)/ ? E (1－ ?)/ ?E 表征材料热稳定性的因子（第一热应力断裂抵抗因子或第一热应力因子） 考虑承受的最大温差与最大热应力、材料中的应力分布、产生的速率和持续时间，材料的特性（塑性、均匀性、弛豫性），裂纹、缺陷、散热有关。 2. 第二热应力断裂抵抗因子R′ ? 材料的热导率?：热导率越大，传热越快，热应力持续一定时间后很快缓解，对热稳定性有利。 ? 传热的途径：材料的厚薄2rm，薄的材料传热途径短，易使温度均匀快。 ? 材料的表面散热速率：表面向外散热快，材料内外温差大，热应力大，引入表面热传递系数h------材料表面温度比周围环境高单位温度，在单位表面积上，单位时间带走的热量（J/s·cm2·oC)。 影响散热的三方面因素，综合为毕奥模数?=hrm/?，无单位。 ?越大对热稳定性不利。 材料的散热与下列因素有关 0.021－0.08 喷气涡轮机叶片 0.4－4.1 水淬 0.00398 从500oC向0oC辐射 0.0147 从1000oC向0oC辐射 0.0011 流速0.12 0.0113 流速12 0.050 流速120 0.109 流速287kg/(s·m2) 空气流过圆柱体 h(J/s·cm2·oC) 条件 h实测值 无因次表面应力 由于散热等因素，使引起的最大热应力滞后，且数值折减。 ??= ?/ ?max ------无因次表面应力 ?=20 10 5 3 2 1.5 1.0 0.5 0.1 时间 无因次应力?* 具有不同?的无限平板的无因次应力?*随时间的变化 ?*越大，实测的最大应力越大，折减越小。 ?越大， ?*越大，折减越小。 达到?最大都需