无机热稳定性教程.ppt

* 降低材料的强度?f，提高弹性模量E，使材料在胀缩时所储存的用以开裂的弹性应变能小； 选择断裂表面能2reff大的材料，一旦开裂就会吸收较多的能量使裂纹很快止裂。 2. 对于多孔、粗粒、干压和部分烧结的制品，目的是提高抗热冲击损伤性能，措施有： 无机材料物理性能 * 无机材料的熔融和分解 晶体的熔点与结合能 熔点定义，见教材。晶体有准确的熔点 本质是质点的热运动 产生熔化和材料化学键的强度密切相关 无机材料物理性能 * 间隙相的熔点 什么是间隙相 主要是氮化物，碳化物和硼化物 一般有较高的熔点和硬度，是高温材料或者超硬材料 性能特殊，是现在材料科学与工程中重要的组成部分 无机材料物理性能 * 升华和分解 材料的三相点的饱和蒸气压高于大气压，在大气压下，材料没有熔化，而直接变成气态-升华 材料在高温下条件变化容易升华，如氧化镁 材料的分解 本质和材料的结合键及质点热振动有关 无机材料物理性能 邓承继博士 * 无机材料物理性能 邓承继博士 * 无机材料物理性能 邓承继博士 * 无机材料物理性能 邓承继博士 * 无机材料物理性能 邓承继博士 * Anhui University of Technology Materials Physics Properties New Energy Materials 材料承受温度的急剧变化（热冲击）而不致破坏的能力，又称为抗热震性（Thermal shock resistance）。 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。 热冲击损坏的两大类型： 抗热冲击断裂性------材料发生瞬时断裂； 热稳定性（Thermal stability）： * 一、热稳定性的表示方法 1. 日用瓷：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表征其热稳定性。 2. 普通耐火材料：试样的一端加热到1123 K，并保温40 min，然后置于283~293 K的流动水中3 min或在空气中5~10 min，重复这样的操作，直至试样失重20%为止，以这样操作的次数n来表征其热稳定性。 3. 某些高温陶瓷材料：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。 二、热应力 1. 热应力的来源 由于材料热膨胀或收缩引起的内应力称为热应力。 设有一长为l的各向同性的均质杆件,加热过程,刚性约束热膨胀,形成压应力. 冷却过程的热应力为张应力，当热应力大于材料的抗拉强度时材料将断裂。 (1) 构件因热胀或冷缩受到限制时产生应力； （E---弹性模量； αl---线膨胀系数） * (2) 材料中因存在温度梯度而产生热应力； 例，一块玻璃平板从373K的沸水中掉入273K的冰水浴中，假设表面层在瞬间降到273K，则表面层趋于收缩，而此时内层还保留在373K，并无收缩，这样，在表面层就产生了一个张应力。而内层有一相应的压应力，其后由于内层温度不断下降，材料中热应力逐渐减小。 * (3) 多相复合材料因各相膨胀系数不同而产生热应力。 ?1 ?2 ?1?2 坯受较强的拉力作用釉被拉离坯面 釉受较大拉力的作用 发生龟裂或坯向内侧弯曲 例1：由坯釉热膨胀系数不同引起。 上釉陶瓷: 釉的热膨胀系数：?1 ；坯体的热膨胀系数：?2 无机材料物理性能 * 举个栗子 一根1m长的Al2O3 炉管从室温 (25oC)加热到1000oC时，假使在此过程中，材料的热膨胀系数为8.8?10-6 mm/(mm?oC) ，材料的弹性模量是E=370?103MPa，计算管在膨胀过程中的热应力是多少？ 无机材料物理性能 * 解答 根据前面的公式，有： 热应力实际是材料膨胀的应力，有： ?=E? 所以， ?=(370?103MPa) ?(8.58 ? 10-3) =3170MPa 2. 热应力的计算 平面陶瓷薄板的热应力图 (1) 平面陶瓷薄板： 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，从而得材料所能承受的最大温差为： (2) 对于其他非平面薄板状材料： （S---形状因子） 三、抗热冲击断裂性能 考虑问题的出发点： 从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，材料就产生开裂，一旦有裂纹成核就会导致材料的完全破坏。 适用于一般的玻璃、陶瓷和电子陶瓷材料 1. 第一热应力断裂抵抗因子R 由 可