材料的热稳定性

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03
（3） 将试样加热到一定温度后，在水中急冷，然后测其抗折强度的损失率，作为热稳定性的指标。（高 温结构材料）。
热应力
由于材料的热 胀冷缩引起的 内应力称为热 应力。这种应 力可能导致材 料的断裂破坏 或者发生不希 望的塑性变形。
热应力来源：
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因热胀冷缩受到限制而产生的热应力
02
多相复合材料因各相膨胀系数的不同而产生的 热应力
03
因温度梯度而产生热应力
热应力的计算 根据广义虎克定律：
实际无机材料受 三向热应力，三个
解得：
在t=0的瞬间， ，如果此时达到材Fra Baidu bibliotek 的极限抗拉强度σf，则前后二表面将开裂破坏，代入上式得 材料所能承受的最大温度差：
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，见
图3.15。
而实际上有些材料在热冲击下产生裂纹，即使裂纹是从 表面开始，在裂纹的瞬时扩张过程中也可能被微孔、晶 界或金属相所阻止，而不致引起材料的完全断裂。
这一现象按强度 - 应力理论就不能解释。应从断裂力学 观点出发，以应变能一断裂能为判据的理论。
抗热冲击性能
2．抗热应力损伤因子R″′ 、R″″
根据断裂力学的观点，通常在实际材料中都存在一定 大小、数量的微裂纹，在热冲击情况下，这些裂纹产生、 扩展以及蔓延的程度与材料积存有弹性应变能和裂纹扩展 的断裂表面能有关。
— 导热 系
抗热冲击性能
对于通常在对流及辐射传热条件下观察到的比较低的 表面传热系数，S.S.Manson发现 [ ]max=0.31 。即
，
另
,
令
——第二热应力因子（J/(cm· s)）
抗热冲击性能
3.第三热应力断裂抵抗因子
定义：
——第三热应力因子。
所以:
降温速率。
，这就是材料所能经受的最大
抗热冲击性能
在无机材料的实际应用中，不会像理想骤冷那样，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 ，
数， —材料的半厚（cm）。
当材料中积存的弹性应变能较小，则裂纹扩展的可能 性就小，裂纹蔓延时断裂表面能需要小，则裂纹蔓延程度 小，材料热稳定性就好。因此，抗热应力损伤正比于断裂 表面能，反比于应变释放能。这样就提出了两个抗热应力 损伤因子 R″′ 和 R″″ 。
抗热冲击性能
式中：2γ eff为断裂表面能（J/m2）。
R″′ 实际上是材料的弹性应变能释放率的倒数，用来比较具有
二、抗热冲击损伤性 适合于含有微孔的材料、非均质的金属陶瓷。 瞬时不断裂的原因是微裂纹被微孔、晶界、金属相所 钉扎。
例如：耐火砖中含有气孔率时具有最好的抗热冲击损 伤性，但气孔的存在会降低材料的强度和热导率，热 应力因子减小。
抗热冲击性能
1．抗热冲击断裂抵抗因子的局限性
抗热冲击断裂是从热弹性力学的观点出发，以强度 应力为判据，认为材料中热应力达到强度极限后，材料 就产生开裂，一旦有裂纹成核就会导致材料的完全破坏。
抗热震性
材料承受温度的急剧变 化（热冲击）而不致破 坏的能力。
热稳定性的表示方法
（1） 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，直至观察 到试样发生龟裂，则以产生龟 裂的前一次加热温度表示。 （日用瓷器） （2） 试样的一端加热到某一温 度，并保温一定时间，然后置于 一定温度的流动水中或在空气中 一定时间，重复这样的操作，直 至试样失重20%为止，以其操作 次数n表示。 普通耐火材料 ： 1123K； 40min ； 283－293K； 3(5－ 10)min
热应力的计算
对于其它非平面薄板状材料制品
式中：S＝形状因子（shape factor），μ＝泊松比，σf＝极限抗拉强度，E＝材 料弹性模量，ɑ＝材料线膨胀系数。
抗热冲击性能
• 一般的无机材料和其他脆性材料一样，热稳定性是比较差。它们的热冲击损坏 主要有两种类型：
另一种是在热冲击循环作用下，材
材料发生瞬时断裂，抵抗这类破坏 的性能称为抗热冲击断裂性 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
抗热冲击断裂性
抗热冲击损伤性
抗热冲击性能
一、抗热冲击断裂性能 通常采用三种热应力断裂抵抗因子用以表征材料抗热冲击断裂性能 1．第一热应力断裂抵抗因子R 由上式可知， 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。
抗热冲击性能
2．第二热应力断裂抵抗因子R′
谢谢聆听
2018/04/20
相同断裂表面能的材料。 R″″ 用来比较具有不同断裂表面能的材料。 R″′ 或R″″ 值高的材料抗热应力损伤性好。
提高抗热冲击断裂性能的措施
（1） 提高材料的强度f，减小弹性模量E。
（2）提高材料的热导率kt 。 （3）减小材料的热膨胀系数 。 （4）减小表面热传递系数h。 （5）减小产品的有效厚度rm。
材料的热稳定性
Thermal stability of materials
王建斌
热稳定性
Thermal Stability
定义
热稳定性的表示方法
热应力
A
B
C
热应力的来源
抗热冲击性能
提高抗热冲击断裂性能 的措施 E F
D
热稳定性的定义
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，亦称
热稳定性（抗热震性）：