材料热学性能之材料的热稳定性.pptx

材料热学性能之材料的热稳定性;材料的热稳定性（thermalstability）

热稳定性是指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力。热冲击损坏类型：

1．一种是在热冲击循环作用下，材料表面开裂、剥落，并不断发展，最终碎裂或变质。抵抗这类破坏的性能称为抗热冲击损伤性。

2．一种是材料发生瞬时断裂，抵抗这类破坏的性能称为抗热冲击断裂性。;一、热稳定性的表示方法

一般以承受的温度差来表示。但材料不同表示方法不同。

（1）一般日用瓷热稳定性的评定及测试方法

日用瓷通常是以一定规格的试样，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，直至观测到试样发生龟裂，刚以产生龟裂的前一次加热温度来表征其热稳定性。

（2）耐火材料热稳定性的评定及测试方法

对于普通耐火材料，常将试样的一端加热到1123K并保温40分钟，然后置于283—293K的流动水中3分钟或在空气中5一10分钟，并重复这样的操作，直至试件失重20％为止，以这样操作的次数来表征材料的热稳定性。

;（3）高温陶瓷热稳定性的评定及测试方法

高温陶瓷材料是以加热到一定温度后，在水中急冷，然后测其抗折强度的损失率来评定它的热稳定性。

二、热应力

;

式中：σ＝内应力（thermalstress），E＝弹性模量（elasticmodulus），α＝热膨胀系数（heatexpansioncoefficient），＝弹性应变（elasticstrain）。

这种由于材料热膨胀或收缩引起的内应力称为热应力。若上述情况是发生在冷却过程中，即T0T，则材料中内应力为张应力（正值），这种应力才会杆件断裂。;例如，一块玻璃平板从373K的沸水中掉入273K的冰水溶中，假设表面层在瞬间降到273K，则表面层趋于的收缩，然而，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，见图3.14。;当平板表面以恒定速率冷却时，温度分布呈抛物线，表面Ts比平均温度Ta低，表面产生张应力σ+，中心温度Tc比Ta高，所以中心是压应力σ－。假如样品处于加热过程，则情况正好相反。;在t=0的瞬间，，如果此时达到材料的极限抗拉强度σf，则前后二表面将开裂破坏，代入上式：;式中：S＝形状因子（shapefactor），μ＝泊松比。

三、抗热冲击断裂性能

1．第一热应力断裂抵抗因子R

由上式可知，值愈大，说明材料能承受的温度变化愈大，即热稳定性愈好，所以定义来

表征材料热稳定性的因子，即第一热应力因子。;2．第二热应力断裂抵抗因子R′

在无机材料的实际应用中，不会象理想骤冷那样，瞬时产生最大应力，而是由于散热等因素，使滞后发生，且数值也折减，设折减后实测应力为，令，其中＝无因次表面应力，见图3.16。

另外，令，式中＝毕奥模数，且无单位，h＝定义为如果材料表面温度比周围环境温度高1K，在单位表面积上，单位时间带走的热量，—导热系数，—材料的半厚（cm）。;对于通常在对流及辐射传热条件下观察到的比较低的表面传热系数，发现[]max=0.31。即

，另,

令——第二热应力因子（J/(cm·s)），所以见图3.17。;;3．冷却速率引起材料中的温度梯度及热应力

实际上，材料所允许的最大冷却（或加热）率。见图3.18，对于厚度为2的无限平板，其温度分布呈抛物线形。

，;在平板表面，