[精品]耐火材料断裂能

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1、耐火材料断裂能一、刖吞大多数耐火材料在初次使用时会经受一定温度梯度的热冲击，因此耐火材料的抗热冲击性是影响其可使用性的关键因素，现场使用是验证耐火材料抗热冲击性的直接方法，但费用高、危险性大，容易造成不必要的损失。通过模拟现场条件，采用特定的方法评价耐火材料的抗热冲击性具有花费低、危险性小、灵活性高等特点，是评价耐火材料性能的有效途径。在耐火材料抗热冲击性的评价方面，可以用水冷或风冷的方法（如YB/T4018-91）对热震稳定性可作出现象学判断，但由于试验条件与现场条件相差较大，试验结果述不能随意应用到其他现场条件

2、。因此这种试验方法常常不能在尽可能低的费用条件下，根据物理性能证明材料在各种机械、热应力下的性状，达不到耐火材料用户和制造厂的要求。例如对于性能很好的含碳材料，要鉴定其抗热冲击性就费时、费力。另一方面，曲于耐火材料中存在大量的微裂纹，对抗热冲击性的理论研究特别是Ilassclman的研究工作可用于粗陶瓷耐火材料川。该工作最重耍的成果Z—是对丁热冲击诱导裂纹的形成和扩大，裂纹扩展的参数用以下两个参数之一加以表示：2y・E»2.(1_U)st(1)Y断裂能；。断裂强度；n热膨胀系数；E弹性模量；v伯松比这两者的共同点是

3、提高断裂能有助于提高材料的抗热冲击性，说明断裂能的测试对预期耐火材料的抗热冲击性具冇非常重要的作用。耐火材料的断裂能是材料裂开单位面积时所需消耗的平均能量，单位是N/ni,表征了材料抵制开裂的能力。二、研究现状国内鲜见关于对耐火材料断裂能测试方面的文献，而与断裂能相关的断裂韧性（KQ方而，如式（2）所示，有少量耐火材料工作者进行了一定的尝试。刘延伶等⑵曾采用三点弯曲法测定了诸多耐火材料的断裂韧性，认为相对切口深度是影响测定值的主要因素。但对耐火材料、陶瓷等脆性材料而言，预制裂纹I•分困难，难以人工做出理想的原生裂纹

4、。在用单边切口梁法测试陶瓷等材料断裂韧性时，试件的裂纹通常由一定半径的缺口代替。由于人工切口的曲率半径远远大丁•自然裂纹，其结果使应力集屮程度减小，Km实测值偏大,并存在随切口宽度增大而增大的“切口钝化效应”。徐恩霞等⑶采用高温静疲劳法在耐火材料内部预制了裂纹，用以测定材料的断裂韧性，但制作过程颇显复杂。K/c（2）在奥地利的莱奥本大学陶瓷屮心进行过耐火材料断裂能方而的研究，H.Harmuthl■専士等⑷采用劈拉法对多种耐火材料的断裂能进行了测试，认为待测试样受到的力除与施加的力有关，还与楔形角度、侧面压块角度有关

5、；并认为在多数机械或热机械应力的条件下，除了具有非线性材料的行为以外，耐火材料还具有较小的脆性。通过计算特征长度、抗热震断裂参数以及R曲线，并结合断裂前后的显微特征，作者认为减弱颗粒和基质Z间的结合，并在颗粒和基质Z间，特别是颗粒周围预制微裂纹，能够降低结合相断裂所需要的能量，并冃增加桥接等非线性效应。C.Manhart等同将劈拉法测试耐火材料断裂能的试样通过体视显微镜进行了观察，并通过软件计算得到了断面的分形参数，认为此参数与材料的断裂性能有关。SebastiaoRibeiro等⑹也采用劈拉法对高铝质耐火浇注料进

6、行了相关研究，认为这种方法不仅使得测试机器存储了最小的弹性应变能，而且测试试样具有较小的体积断裂表面积比，为裂纹稳态扩展提供了有利的条件；研究后认为此方法可以建立起性能与显微结构Z间的关系，同时认为试样的制备对断裂能的测试具有一定的影响。三、断裂能的测试由于混凝土结构和耐火材料尤其是浇注料较为相似，因此可参照混凝土的测试方法测试耐火材料的断裂能。根据所采用的试件形式不同，目前测定混凝土断裂能的方法主要有直接拉伸法，三点弯曲法TPB,紧凑拉伸CT以及楔入劈拉法WS人81,但述没有形成一个统一的规范。紧凑拉伸和楔入劈拉

7、法相对三点弯曲梁有一个很大的优点就是不涉及自重的影响。值得一提的是楔入劈拉法，与TPB和CT相比⑼⑹，WS易现场制作试件，在各种处理过程中不易损坏，通过选取合适的楔形角，使竖向荷载低于水平荷载，人为地提高了试验机的刚度，从而在实际操作屮降低对试验机本身刚度的要求而且操作简单，辅助加载装置造价较低。用楔入劈拉法测定材料断裂能吋可以满足稳定的裂纹扩展，因此楔入劈拉法比较适合于测定耐火材料的断裂能，国外许多学者也是采用楔入劈拉法测试耐火材料断裂能。与混凝土不同，耐火材料在高温下使用，研究耐火材料在高温下的断裂能更具有现实

8、意义。图1是测试的原理图，在垂直方向通过楔形体施加一定的力，然后由圆柱休传递到侧面压块，再由侧面压块传递到待测试样上，在a/2+B二90。的条件下，形成水平向外拉的效果，可通过式(3)-(5)计算耐火材料的断裂能。图1耐火材料断裂能测试原理示意图图中：a楔入角：B压块导角：仇垂直力；Fh水平力；6水平位移另由于2tanI所以(5)「24mm2.5mm耐火材料