材料热学性能之材料的热稳定性.ppt

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:,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。,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T0>T,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,。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。实际无机材料受三向热应力,三个方向都会有涨缩,而且互相影响,下面分析一陶瓷薄板的热应力状态,。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:根据广义虎克定律:解得:式中:S=形状因子(shapefactor),μ=泊松比。三、,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。′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,。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)。