提高材料的抗热震性防止制品高温急冷开裂

《提高材料的抗热震性防止制品高温急冷开裂》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、研究与探讨广东建材2011年第1期提高材料的抗热震性防止制品高温急冷开裂郑晓梅(广州市经济技术开发区科技园建材有限公司)摘要：陶瓷制品在保温温度至850"C属于塑性变形阶段，由于温度急速下降所产生的热冲击，极易造成制品开裂的缺陷。本文通过分析材料温度应力、膨胀系数、弹性模量等因子对材料抗热震性的影响，探讨如何提高材料的抗热震性，防止制品高温急冷开裂的问题。关键词：材料：陶瓷制品；抗热震性；高温急冷陶瓷制品在保温温度至850℃处于塑性状态，在烧成中多采用高温急冷工艺。高温急冷可防止液相析晶和晶体过分长大及低价铁(FeO)的再次氧化，从而提高坯体的机械强度、白度及釉面光泽度，高温急冷还可以缩

2、短烧成周期，提高窑炉的设备效率。但是，在生产实际中经常出现制品因高温急冷炸裂的缺陷，本文仅从材料的抗热震性出发，对这一问题作如下探讨。1材料的抗热震性材料承受温度的急剧变化而抵抗破坏的能力，称为材料的抗热震性，也称耐温度急变抵抗性。陶瓷制品在保温温度至850℃虽然属于塑性变形阶段，但因温度急速下降所产生的热冲击，极易造成制品炸裂的缺陷。陶瓷材料在温度作用下产生的内应力超过材料本身的强度时，制品出现开裂和断裂现象。在高温急冷状态下，材料中的应力6可由下式表示：6=EQ(t1--t2)Ed△tkg／cm2(式1)式中：6——材料的温度应力kg／cm2；Q——材料的膨胀系数1／℃：E——材料的

3、弹性模量kg／cmz；△t——材料表面与内部的温差℃。对于结构复杂的制品，如卫生陶瓷中的座便器等，由于结构中各相间膨胀收缩不均匀而产生热应力，并且应力的大小、部位不同。假设一个厚度为x，侧面为无限大的平板，在两侧均匀加热或冷却时，平板内任意点的温度T是时间T和厚度x的函数：T=f(．cx)在某一时刻可由该点温度t和制品在此时的平均温度ta之差值再根据广义HUCK定律得到任意点的应力：一16—6，=6：=E。／1一p(t。一t)(式2)式中：u——材料的泊松比。由(2)可知，当陶瓷制品高温急冷时，由于常采用冷空气或冷风直接冷却，冷却介质与制品之间的温度差可达到800℃左右，采用热风冷却时约

4、为400℃。冷却介质与制品温差越大，制品中的(t。一t)亦越大。因此，制品中各点温度与应力分布不同，如图1所示。图1平板形制品冷却时温度和应力分布示意图图中：x——平面板形制品的厚度；ts．一冷却时制品表面温度：tc_冷却时制品中心温度。2抗热震断裂性因子急冷过程中出现在制品表面或中心部位的最大热应力6。不超过制品本身的强度极限6。时，材料则不至于损坏。根据(2)式可得到制品中允许存在的最大温差△T。的表达式：△T。=6(1一lI)／E。(式3)式中：6——材料的温度应力kg／cm2。可见△T。值越大，材料所能承受的温度变化越大，抗热震性越好，通常可定义为：R兰6(1-li)／E。为表征

5、广东建材2011年第1期研究与探讨全≥-f(R)+∥[6Q—p)／民]x入／bh‘式5)图2～20，等几种材料的△T一-b．h曲线九——制品的热导率W／mk；大，抗热震性好，当b·h值增大时，AT。值趋小，材料抗b——制品的厚度m；热震性交差，其变化幅度为：b·h值较小时，AT。值与h——环境对表面的传热系数w／mz．k。b·h成反比；当b·h值增大时，AT一值趋小并趋于一定一般定义：R，：6(卜u)入／EQ为第二热应力因值。子。对于制品的厚度b和传热系数h较大，而热导系数3．3温度应力8与弹性模量E3影响材料抗热震性的因素篓誓产嘉馨票淼釜誓絮丧羹芸磊善品嘉篡案由上面分析可知，影响制品抗

6、热震断裂性的因素性。因为，当材料弹性模量E值增大时，制品的弹性小，有：制品的构型、表面传热系数h、温度应力6、膨胀系在热冲击下材料难以通过变形来部分地抵消热应力。鍪二、罂苎模苎E。、譬及热导率入。现根据实际生产中的3．4膨胀系数仅和热导率入情况：筻登：_兰要恐k．、⋯。砉姜蕞磊≥新&釜著优I良晶抗热震性，就是因为它3．1制品的构型(厚度b)的膨蒹篆i1：’X；环；“a=“0．“5⋯X“10吨⋯)“o⋯1荽：嚣磊藻由扩散过程计算可知，从表面加热(或冷却)陶瓷坯是热效应的本质，因此在低温快烧工艺中，总是希望选体时，其中心受热(或冷却)达到表面温度的99·9％时所择热膨胀系数小的材料。热导率入

7、高的制品表里温差需要的时间与坯体厚度的平方成正比a因此，卫生陶瓷小，高温急冷时产生的应力较小，制品的抗热震性较好。在弯头、边角等位置。总之，复杂的结构会导致制品中温4高温急冷炸裂缺陷的防治3．2表面传热系数h冷却或间接冷却方式。造形复杂的制品，以间接冷却为表面传热系数h与环境介质和状态有关。隧道窑采宣，也可采用热风冷却工艺。用间接高温冷却时，窑内热气体相对平静，h值很小；采(2)控制适宜的高温急冷速度。高温急冷速度不能过用热风冷却时