[科普中國]-抗熱震性

介紹

又稱抗熱沖擊性，俗稱熱穩(wěn)定性。材料及其制品抵抗溫度激烈變化不至損壞或破壞的性能。材料及其制品承受溫度激烈變化而引起內(nèi)部溫度梯度時，在材料內(nèi)部會因收縮或膨脹受阻產(chǎn)生熱應(yīng)力，當熱應(yīng)力超過材料強度極限時，產(chǎn)生開裂、破壞和機械強度降低等現(xiàn)象?？篃嵴鹦耘c材料的機械強度、彈性模量、熱膨脹系數(shù)、熱導率、比熱容、體積密度、結(jié)構(gòu)均勻性及表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)有關(guān)；對于制品來說，還與形狀、厚薄有關(guān)。

材料在熱震中產(chǎn)生的新裂紋，以及新裂紋與原有裂紋擴展造成的開裂、剝落、斷裂等狀況，稱為熱震損傷。熱震損傷是熱應(yīng)力作用的結(jié)果。材料在溫度變化時，變形受到抑制所產(chǎn)生的應(yīng)力為熱應(yīng)力。線膨脹系數(shù)不同的多相物體在溫度變化時，均勻熱膨脹的物體受到溫度梯度作用時，以及相變時，都會產(chǎn)生熱應(yīng)力。熱應(yīng)力與材料的彈性模貢及彈性應(yīng)變成正比，而彈性應(yīng)變等于線膨脹系數(shù)和溫度變化的乘積。

主要影響因素材料特性，如材料的熱膨脹系數(shù)、導熱系數(shù)、彈性模量、材料固有強度、斷裂韌性等。一般地講，熱膨脹系數(shù)越小，材料因溫度變化而引起的體積變化小，相應(yīng)產(chǎn)生的溫度應(yīng)力小，抗熱震性越好；熱導率大，材料內(nèi)部的溫差越小，由溫差引起的應(yīng)力差越小，抗熱震性越好；材料固有強度越高，承受熱應(yīng)力而不致破壞的強度越大，抗熱震性好；彈性模量越大，彈性越小，材料產(chǎn)生彈性變形較小而不能緩解和釋放熱應(yīng)力，對抗熱震性不利。1

改善抗熱震性的途徑首先，應(yīng)從顯微結(jié)構(gòu)出發(fā)，使其具有低的線膨脹系數(shù)和彈性模量，高的斷裂功和熱導率。這可采取向基體中引入第2相或第2種材料等措施實現(xiàn)，例如，向材料中引入線膨脹系數(shù)低的尖晶石（如鎂鋁磚、鎂鉻磚）、加入熱導率高而線膨脹系數(shù)和彈性模量低的石墨（如MgO-C系、MgO-CaO-C系、Al2O3-C系制品）；利用氧化鋯的相變增韌，往氧化鋁、莫來石等基體中加入氧化鋯；利用纖維增強，往耐火澆注料中加入鋼纖維或耐火纖維。其次，應(yīng)考慮制品的大小和形狀。制品小，形狀簡單，抗熱震性相對好些。

抗熱震性試驗熱抗震性試驗是評價試樣經(jīng)受1次或多次溫度急劇變化的損傷程度。表征抗熱震性，需要兩個要素：試樣經(jīng)受的熱循環(huán)和評價其熱震損傷程度所用的方法。試樣經(jīng)受的每一熱循環(huán)，包括兩個階段。在第1個階段，整個試樣或只其1部分（例如一個面）加熱到初始溫度Ti。在此加熱期間，加熱速率不導致過大的應(yīng)力。熱震是在由初始溫度Ti迅速變?yōu)樽罱K溫度Tf的第2個階段完成的。如Ti>Tf，熱震由冷卻完成； 如Ti