无机材料热稳定性.ppt

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1、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（Thermalshockresistance）。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（Thermalstability）：2一、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

2、稳定性。2.普通耐火材料：试样的一端加热到1123K，并保温40min，然后置于283~293K的流动水中3min或在空气中5~10min，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

3、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）5(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。6(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

4、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7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10-6mm/(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8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)=3170MP

5、a2.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由可知：Tmax值越大，说明材料能承

6、受的温度变化越大，即热稳定性越好。定义：第一热应力断裂抵抗因子或第一热应力因子为：（K）则材料所能承受的最大温差为：实际上材料是否出现热应力断裂（或能承受的最大温差Tmax），除了与最大热应力相关外，还与材料中应力的分布、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λ：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：薄的材料或制品传热途径短，易使温度均匀；材料表面散热速率：表面向外散热快

7、（如吹风），材料内外温差大，热应力大。（如窑内进风会使降温的制品炸裂）材料的散热与下列因素有关影响散热的三方面因素，综合为毕奥模数=hrm/λ，无单位。越大对热稳定性不利。h----表面热传递系数。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（J/m2·s·K）。rm，材料的半厚在无机材料的实际应用中，不会像理想骤冷那样，瞬时产生最大应力max，而是由于散热等因素，使max滞后发生，且数值也折减。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。=/

8、max------无因次表面应力=20105321.51.00.50.1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最大都需经过一定时间，即滞后。越小，滞后越大，即达到实际最大应力所需的时间越长。骤冷时的最大温差只使用于20的情况。水淬玻璃:=0.017J/(cm·s·K),h=1.67J/(cm2·s·K),20由=hrm/