44无机材料的热稳定性 热稳定性(抗热振性): 材料承受温度的急剧变化(热冲击)而不 致破坏的能力。 热冲击损坏的类型: 抗热冲击断裂性-料发生瞬时断裂; 抗热冲击损伤性--热冲击循环作用下, 材料的表面开裂、剥落、并不断发展,最 终碎裂或变质
4.4 无机材料的热稳定性 热稳定性（抗热振性）： 材料承受温度的急剧变化（热冲击）而不 致破坏的能力。 热冲击损坏的类型： 抗热冲击断裂性------材料发生瞬时断裂； 抗热冲击损伤性------在热冲击循环作用下， 材料的表面开裂、剥落、并不断发展，最 终碎裂或变质
44.1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C表示。(日用瓷) 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 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m表示。 耐火材料:1123K;40min;283-293K; 3(5-!0min
4.4.1 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0C表示。（日用瓷） 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。 耐火材料 ： 1123K； 40min ； 283－293K； 3(5－!0)min
3.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)。 442热应力 在复合体中,由于两种材料的热膨胀系数之间或结晶学 方向有大的差别,形成应力,如果该应力过大,就可以 在复合体中引起微裂纹。 在材料中存在微裂纹,测出的热膨胀系数出现滞后现象 膨胀系数低于单晶的膨胀系数 例如:在一些TiO2组成物中,有此现象
在复合体中，由于两种材料的热膨胀系数之间或结晶学 方向有大的差别，形成应力，如果该应力过大，就可以 在复合体中引起微裂纹。 在材料中存在微裂纹，测出的热膨胀系数出现滞后现象 ------ 膨胀系数低于单晶的膨胀系数。 例如：在一些TiO2组成物中，有此现象。 3 . 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）。 4.4.2 热应力
0.8 06 0.4 由于存在显微 裂纹而引起的 画02 多晶的热膨胀 滞后现象 0.0 04008001200 温度(0C) 热应力的产生 (1)热膨胀或收缩引起的热应力 当物体固定在支座之间,或固定在不同膨胀系数的 材料上,膨胀受到约束时,在物体内就形成应力 显微应力)
0 400 800 1200 温度（0C） 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 由于存在显微 裂纹而引起的 多晶的热膨胀 滞后现象 1. 热应力的产生 （1）热膨胀或收缩引起的热应力 当物体固定在支座之间，或固定在不同膨胀系数的 材料上，膨胀受到约束时，在物体内就形成应力--- ---（显微应力）
有o=2=△TaE/(1-p) 在t0的瞬间,σx=σn=σmax,如果正好达到材料的极 限抗拉强度σ,则前后两表面开裂破坏, 得Tmax=(1-)aE 对于其他平面薄板状的材料: △Tmax=S/a(1-)aE S-形状因子,△Tmax能承受的最大温差 式中的其他参数都是材料的本征性能参数,可以推广使 用
有 x = z = T E / （1 － ) 在t=0的瞬间， x = z = max ，如果正好达到材料的极 限抗拉强度f ，则前后两表面开裂破坏， 得 Tmax= f (1－ )/ E 对于其他平面薄板状的材料： Tmax=S/ f (1－ )/ E S---形状因子，Tmax---能承受的最大温差 式中的其他参数都是材料的本征性能参数，可以推广使 用
443抗热冲击断裂性能 考虑问题的出发点: 从热弹性力学的观点出发,以强度-应力为判据, 即材料中的热应力达到强度极限时发生断裂。 1.第一热应力断裂抵抗因子R 仅考虑最大的热应力:△Tmax=or(1-)aE (1-μ)E表征材料热稳定性的因子(第一热应力断 裂抵抗因子或第一热应力因子)
4.4.3 抗热冲击断裂性能 考虑问题的出发点： 从热弹性力学的观点出发 ，以强度-应力为判据， 即材料中的热应力达到强度极限时发生断裂。 1. 第一热应力断裂抵抗因子R 仅考虑最大的热应力: Tmax= f (1－ )/ E (1－ )/ E 表征材料热稳定性的因子（第一热应力断 裂抵抗因子或第一热应力因子）
2.第二热应力断裂抵抗因子R 考虑承受的最大温差与最大热应力、材料中的应力分 布、产生的速率和持续时间,材料的特性(塑性、均 匀性、弛豫性),裂纹、缺陷、散热有关
考虑承受的最大温差与最大热应力、材料中的应力分 布、产生的速率和持续时间，材料的特性（塑性、均 匀性、弛豫性），裂纹、缺陷、散热有关。 2. 第二热应力断裂抵抗因子R´
材料的散热与下列因素有关 材料的热导率X:热导率越大,传热越快,热应 力持续一定时间后很快缓解,对热稳定性有利 传热的途径:材料的厚薄2rn,薄的材料传热途 径短,易使温度均匀快。 材料的表面散热速率:表面向外散热快,材料 内外温差大,热应力大,引入表面热传递系数h- 材料表面温度比周围环境高单位温度,在单位表 面积上,单位时间带走的热量(J/s·cm2C 影响散热的三方面因素,综合为毕奥模数β=hrm/k, 无单位。β越大对热稳定性不利
• 材料的热导率：热导率越大，传热越快，热应 力持续一定时间后很快缓解，对热稳定性有利。 • 传热的途径：材料的厚薄2rm，薄的材料传热途 径短，易使温度均匀快。 • 材料的表面散热速率：表面向外散热快，材料 内外温差大，热应力大，引入表面热传递系数h---- --材料表面温度比周围环境高单位温度，在单位表 面积上，单位时间带走的热量（J/s·cm2·oC)。 影响散热的三方面因素，综合为毕奥模数=hrm/， 无单位。 越大对热稳定性不利。 材料的散热与下列因素有关
h实测值 条件 h(J/s·cm2C) 空气流过圆柱体 流速287kg/(sm2) 0.109 流速120 0.050 流速12 0.0113 流速012 0.0011 从1000C向0C辐射 0.0147 从500C向0C辐射 0.00398 水淬 0.4-4.1 喷气涡轮机叶片 0.021-0.08
条件 h(J/s·cm2·oC) 空气流过圆柱体 流速287kg/(s·m2 ) 0.109 流速120 0.050 流速12 0.0113 流速0.12 0.0011 从1000oC向0 oC辐射 0.0147 从500oC向0 oC辐射 0.00398 水淬 0.4－4.1 喷气涡轮机叶片 0.021－0.08 h实测值
无因次表面应力 由于散热等因素,使引起的最大热应力滞后,且数值 折减。 max 无因次表面应力 β=20 σ越大,实测的最大应力 c∽3 越大,折减越小。 t5 β越大,σ*越大,折减越 H 05达到o最大都需经过一定时 间,即滞后 时间 β越小,滞后越大,即达到 具有不同β的无限平板的无实际最大应力所需的时间越 因次应力随时间的变化长
无因次表面应力 由于散热等因素，使引起的最大热应力滞后，且数值 折减。 = / max ------无因次表面应力 =20 10 5 3 2 1.5 1.0 0.5 0.1 时间 无因次应力 * 具有不同的无限平板的无 因次应力*随时间的变化 *越大，实测的最大应力 越大，折减越小。 越大， *越大，折减越 小。 达到最大都需经过一定时 间，即滞后。 越小，滞后越大，即达到 实际最大应力所需的时间越 长