无机材料热稳定性

二、热稳定性的表示方法
抗热冲击断裂性：最大温差
抗热冲击损伤性
日用瓷：以发生龟裂实验次数表征。 耐火材料：以失重20%重复次数来表征。 高温陶瓷：以抗折强度的损失率表征。
为什么无机材料经过急冷急热后 性能容易下降，甚至出现开裂？
材料开裂破坏通常是由于力的作用
二、热应力（影响材料热稳定性的元凶）
热应力：由于材料的热膨胀或收缩引起的内应力。
表面 Ts
Ta Tc
σ+
平板玻璃以恒定速率冷却时温度和应力分布示意图
z y
σz σx
σy=0
σx
σz
x
陶瓷薄板的骤冷时的热应力图
根据广义虎克定律
x
x
E
y
E
z
E
T=0
zwenku.baidu.com
z
E
x
E
y
E
T=0
y
y
E
x
E
z
E
T
由于x和z方向厚度较大，外部先固定限制内部收缩
求得
x
z
E T 1
Tmax
R' 1 0.31rmh
2.热导率λ，材料厚度2rm，表面传热系数h （1）热导率越大，传热越快，应力很快缓解 （2）制品越薄传热通道越短，容易很快温度均匀 （3）表面散热速率越快，温差越大应力越大 表面传热系数h：材料表面比周围环境温度高1K，在 单位面积上，单位时间带走的热量（J/（m2·s·K））
考虑热传导及散热对热应力的影响 最大温差的经验公式
Tmax
f (1 ) 1
E
0.31rmh
R' f (1 ) 第二热应力断裂抵抗因子 E （考虑导热）
四、提高抗热冲击断裂性能的措施
1、提高材料强度σ，减小弹性模量E和热膨胀系数α
R （f 1 ） E
2、提高材料的热导率λ
R' f (1 ) E
3、减小产品的有效厚度2rm和表面热传递系数h
T0 L
T1
L
ΔL
杆件两端固定受热膨胀过程中材料内部承受压应力
杆件两端固定冷却过程中则材料内部承受拉应力。
T0 L
T1
L
ΔL
F1≥10F2
冷却过程产生的拉（张）应力容易使材料断裂
温度分布 表面
中心
应力分布
σ+
σ-
表面
Ts
Tc
σ+
平板玻璃快冷温度和应力分布示意图
温度分布 表面
中心
应力分布
σ+
σ-
t=0的瞬间，x和z方向上的应力最大σmax ，如果恰好 达到材料的极限抗拉强度σf则开裂，代入上式
Tmax
f (1 ) E
Tmax
S f
(1 ) (形状复杂材料) E
S为形状因子
三、影响材料热稳定性的因素
1.材料的极限抗拉强度σf 、热膨胀系数α、泊松比
μ、弹性模量E
R （f 1 ） 第一热应力断裂抵抗因子 E
3.4 无机材料的热稳定性
？
为什么普通厚壁玻璃杯急热急冷后容易炸裂， 而薄壁玻璃杯不容易炸裂
概念
本 节 要
表示方法 热应力
点
影响热稳定性的因素
提高材料抗热冲击断裂性能的措施
一、热稳定性的概念
热稳定性：材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力， 又称抗热震性。
抗热冲击断裂性：材料抵抗由于热作用而瞬时断裂的性能。 抗热冲击损伤性：材料抵抗由于循环热作用而缓慢破坏的能力。