陶瓷材料抗热震性研究进展

《陶瓷材料抗热震性研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、,4】、Nj4第卷第期材料科学与工艺193年12月TRLN&TNHLD叹笼b叮陶瓷材料抗热震性研究进展贾德昌周玉(哈尔滨工业大学)摘要阐明了肉瓷材料抗热簇性研究的重要意义,系沈总结了脆性陶瓷抗热震性的评价理论、热震,并由此得出制作高抗热展陶瓷材料的土程技术断裂机制和设计制造高抗热展肉瓷材料的新近研究成果途径。关键词肉瓷基复合材料;抗热撰性中国图书资料分类号BT32O引言精细陶瓷材料以其耐高温、耐腐蚀、耐磨和高强质轻等优异特性而受到世界各国高度重视.美国航天材料工艺发展计划和发展项目中`l],陶瓷材料

2、即被列为重要内容。然而在温度,,,’剧变(即热震作用)的环境下陶瓷材料强度会大幅度下降发生剥落甚至脆断这大大损害了它服役的安全可靠性。因此,抗热震性能成为陶瓷优异高温性能能否得到充分发挥的制约因素.对于高温结构件,如发动机燃烧室、火箭燃气喷管、火焰稳定器和航天飞机陶瓷隔热瓦等、抗热震性能尤为重要。所以改善陶瓷抗热震性也就成为陶瓷材料研究的重大课题。本文,将就陶瓷材料抗热震性的有关研究的进展情况进行系统的总结为今后本领域的研究提供借鉴。1脆性陶瓷抗热震性评价理论及热震断裂机制,伙习已初步形成脆性陶瓷陶

3、瓷材料抗热震能力的研究从本世纪五十年代开始发展至今抗热展性评价理论的框架。其中有的以弹性力学为基础,把热应力和材料强度之间的平衡条,件作为热震破坏判据;有的则以断裂力学为依据将热弹性应变能和材料断裂能之间的平衡。,14条件作为热震破坏判据它们分别对应于陶瓷的两种破坏形式即热冲击断裂和热震损。“”,“伤前者的代表理论是King的临界应力断裂理论后者则以Ha义犯ln的热震损伤理eyrma”“”,。论和断裂开始和裂纹扩展的统一理论最为人们所接受下面分别予以说明“”临界应力断裂理论以引起材料坯体中的最大热应

4、力的临界温度函数作为抗热震断裂的本文于1卯3年4月28日收到...:,15C以联系人贾德昌哈尔滨工业大学材料科学与工程系)1第期陶瓷材料抗热展性研究进展第页79,,,:量度并将其定义为抗热震参数它因热震条件不同而异如R二△cT=l(一力丐E/“l()R`之K·R(2)··开“dt“p=RaRT/dRKP/C(3),,,,,,其中7为泊松比外为抗拉断裂强度E为弹性模量“为热膨胀系数K为热导率p为密,,。、c,a度为比热为导温系数它们分别适用丁急剧受热(冷却)缓慢受热(冷却)和恒速受,、、热(冷却)的情

5、况瓷器钳竭火花塞绝热器和火箭喷嘴等适宜用这些抗热震断裂参数来评。、、、、。,价可见提高材料的外Ka和降低E“pc。,均有利于抵抗热震断裂在实际工作中因,,,水冷淬火经济方便(实现骤冷)且(1)式中参数简单易测故常用于抗热震性的检验对3`、。SiN旧夕匀Mgo阁等陶瓷的研究表明了它的有效性“”、,热震损伤理论分析了材料在温度变化条件下裂纹成核扩展和抑制等动态过程以相对,:裂纹面积作为构件损伤程度的一种度量推得抗热震损伤参数’R’=,乌一力二(Kc1弓/1一乃’()l(/弓y(/’R=,E/l(一加圣(

6、5),。其中券分别为断裂功和断裂韧性rke和aTtt日围al等人门也以应变能为标准提出所谓lcK山的“”:韧性参数T,二一log(叻12卿(6)““。,它本质上和R具有相同物理意义由此可知抗热震损伤性能好的材料应有较高的弹性模,、。量和较低的强度提高断裂能断裂韧性也非常有益张清纯圳对lA户,和A一Y一Tzp陶瓷的研””,。究表明了R参数的有效性而且适量微裂纹的存在有助于提高材料的抗热麓损伤性能与“”,抗热震断裂理论相对照可见陶瓷材料抗热震损伤能力和抗热震断裂能力对丐和E的要求截然相反。E派朋dn为弥

7、补临界应力断裂理论只注重裂纹成核问题和抗热震损伤理论只强调裂纹ma,“”。扩展的不足建立了以断裂力学为基础的断裂开始和裂纹扩展的统一理论他指出裂纹萌,生扩展过程就是热弹性应变能逐步释放而支付新生表面能的过程并把热裂纹的扩展过程依,。其扩展特征分为几个阶段如图l一a所示原始短裂纹钻的温差增至△cT时开始动态扩展直一.,,至临界裂纹长度的下限以存在关系梦二3(12力a)/16NE岁其中N为同时扩展的裂纹数目)裂,”纹面积(OC弓)表征模型体损伤程度其倒数恰好正比于Ro"终止裂纹弓在△几<△T<△写条,’

8、,,件下处于亚稳态当温差超过△兀后裂纹便逐步扩展下去这一阶段热裂纹的扩展行为由裂,,纹稳定性参数R所控制有:二“,尽R=yf(/E勺(7).图1一b中实线为对应于短裂纹扩展过程的强度变化趋势表现出如此特征的有Davidg日叭`,,、,刁3,,3],〔,4]月挑wohrt和Moo记Gup倒报导的lA户Goppola`报导的SCIG比a等报导的uer,,。,3一isC和瓷器1一clAp耐火砖等其中图为一例对于原始长裂纹的情况裂纹扩展过程、。3、`,及对应强度变化如图1一a