【正文】 0%為止，以其操作次數(shù) n表示。 耐火材料 ： 1123K； 40min ； 283－ 293K； 3(5－ !0)min 在復(fù)合體中，由于兩種材料的熱膨脹系數(shù)之間或結(jié)晶學(xué)方向有大的差別，形成應(yīng)力，如果該應(yīng)力過(guò)大，就可以在復(fù)合體中引起微裂紋。 在材料中存在微裂紋，測(cè)出的熱膨脹系數(shù)出現(xiàn)滯后現(xiàn)象 膨脹系數(shù)低于單晶的膨脹系數(shù)。 例如：在一些 TiO2組成物中，有此現(xiàn)象。 3 . 試樣加熱到一定溫度后，在水中急冷，然后測(cè)其抗折強(qiáng)度的損失率，作為熱穩(wěn)定性的指標(biāo)。（高溫結(jié)構(gòu)材料）。 熱應(yīng)力 0 400 800 1200 溫度（ 0C） 由于存在顯微裂紋而引起的多晶的熱膨脹滯后現(xiàn)象 1. 熱應(yīng)力的產(chǎn)生 （ 1）熱膨脹或收縮引起的熱應(yīng)力 當(dāng)物體固定在支座之間，或固定在不同膨脹系數(shù)的材料上，膨脹受到約束時(shí)，在物體內(nèi)就形成應(yīng)力 （顯微應(yīng)力）。 有 ?x = ?z = ?T ? E / （ 1 － ? ) 在 t=0的瞬間， ?x = ?z = ?max ，如果正好達(dá)到材料的極限抗拉強(qiáng)度 ?f ，則前后兩表面開(kāi)裂破壞， 得 ?Tmax= ?f (1－ ?)/ ? E 對(duì)于其他平面薄板狀的材料： ?Tmax=S/ ?f (1－ ?)/ ? E S形狀因子， ?Tmax能承受的最大溫差 式中的其他參數(shù)都是材料的本征性能參數(shù)，可以推廣使用。 抗熱沖擊斷裂性能 考慮問(wèn)題的出發(fā)點(diǎn)： 從熱彈性力學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā) ，以強(qiáng)度 應(yīng)力為判據(jù)，即材料中的熱應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限時(shí)發(fā)生斷裂。 1. 第一熱應(yīng)力斷裂抵抗因子 R 僅考慮最大的熱應(yīng)力 : ?Tmax= ?f (1－ ?)/ ? E (1－ ?)/ ?E 表征材料熱穩(wěn)定性的因子（第一熱應(yīng)力斷裂抵抗因子或第一熱應(yīng)力因子） 考慮承受的最大溫差與最大熱應(yīng)力、材料中的應(yīng)力分布、產(chǎn)生的速率和持續(xù)時(shí)間，材料的特性（塑性、均勻性、弛豫性），裂紋、缺陷、散熱有關(guān)。 2. 第二熱應(yīng)力斷裂抵抗因子 R180。 ? 材料的熱導(dǎo)率 ?：熱導(dǎo)率越大，傳熱越快，熱應(yīng)力持續(xù)一定時(shí)間后很快緩解，對(duì)熱穩(wěn)定性有利。 ? 傳熱的途徑：材料的厚薄 2rm，薄的材料傳熱途徑短，易使溫度均勻快。 ? 材料的表面散熱速率：表面向外散熱快，材料內(nèi)外溫差大，熱應(yīng)力大，引入表面熱傳遞系數(shù) h材料表面溫度比周圍環(huán)境高單位溫度，在單位表面積上，單位時(shí)間帶走的熱量（ J/scm2oC)。 影響散熱的三方面因素，綜合為畢奧模數(shù) ?=hrm/?，無(wú)單位。 ?越大對(duì)熱穩(wěn)定性不利。 材料的散熱與下列因素有關(guān) 條件 h(J/scm2oC) 空氣流過(guò)圓柱體 流速 287kg/(sm2) 流速 120 流速 12 流速 從 1000oC向 0oC輻射 從 500oC向 0oC輻射 水淬 － 噴氣渦輪機(jī)葉片 － h實(shí)測(cè)值 無(wú)因次表面應(yīng)力 由于散熱等因素，使引起的最大熱應(yīng)力滯后，且數(shù)值折減。 ??= ?/ ?max 無(wú)因次表面應(yīng)力 ?=20 10 5 3 2 時(shí)間 無(wú)因次應(yīng)力?* 具有不同 ?的無(wú)限平板的無(wú)因次應(yīng)力 ?*隨時(shí)間的變化 ?*越大，實(shí)測(cè)的最大應(yīng)力越大，折減越小。 ?越大， ?*越大，折減越小。 達(dá)到 ?最大都需經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，即滯后。 ?越小，滯后越大，即達(dá)到實(shí)際最大應(yīng)力所需的時(shí)間越長(zhǎng)。 驟冷時(shí)的最大溫差只使用于 ??20的情況。 水淬玻璃 : ?=(cmsK), h=(cm2sK), ??20 由 ?=hrm/? 得： rm?， 才可以用 ?Tmax= ?f (1－ ?)/ ? E 即玻璃的厚度小于 4時(shí)，最大熱應(yīng)力隨玻璃的厚度減小而減小。 對(duì)流和輻射傳熱時(shí)的 [?*]max [?*]max=? 承受的最大溫差 : ?Tmax= ?max (1－ ?)/ ? E [?*]max= ?/ ?max 得： ?Tmax= ??f (1－ ?)/ ? E 1/ R?=??f (1－ ?)/ ? E (第二熱應(yīng)力斷裂抵抗因子 ) 單位： J/(cms) 考慮形狀因子時(shí)： ?Tmax=S R? 1/ Al2O3 粘土耐火磚 熔融 SiO2 TiC金屬陶瓷 BeO Al2O3100oC TiC 鋯英石 MgO 瓷器 玻璃 ZrO2 Al2O3 1000oC 10 10000 3000 1000 300 100 30 10 －水淬 －從 1000oC輻射 －強(qiáng)制對(duì)流空氣 －噴氣渦輪機(jī)葉片 rmh 3 . 第三熱應(yīng)力因子 x y TcTs =To Tav Ts Tc 厚度為的無(wú)限平板，在降溫過(guò)程中內(nèi)外溫度的變化 表面與中心之間的溫度分布呈拋物線形 Tc－ T=kx2 － dT/dx=2kx － d2T/dx2=2k 在平板的表面 Tc－ Ts=krm2=To 消去 k,得 : － d2T/dx2=2 To/rm2 冷卻速率 dT/dt引起材料中的溫度梯度及熱應(yīng)力 又根據(jù)不穩(wěn)定傳熱過(guò)程（物體內(nèi)各處的溫度隨時(shí)間而變化 ),物體內(nèi)單位面積上溫度隨時(shí)間的變化率為 : ?T/?t=?/?cp ?2T/?x2 ?T/?t=－ 2To ? /?cp rm2 To=Tc－ Ts=(?T/?t rm2 )/( ? /?cp ) ? /?cp導(dǎo)溫系數(shù)或熱擴(kuò)散系數(shù) （表征材料在溫度變化時(shí)，內(nèi)部各部分溫度趨于均勻能力）。 無(wú)限平板的平均溫度： Tav=? (Tc－ kx2)dx/rm=2/3T rm o 由表面溫度與中心溫度之差引起表面張應(yīng)力，與表面溫度和平均溫度之差成正比。 Tav－ Ts= ?(1－ ?)/ ? E 在臨界溫差， Tav－ Ts= ?f (1－ ?)/ ? E =2/3To= ?Tmax 最大冷卻速率 ： － |dT/dt|max= ? /?cp ?f (1－ ?)/ ? E 3/ rm2 第三熱應(yīng)力因子： R??= ? /?cp ?f (1－ ?)/ ? E = R?/ ?cp 最大冷卻速率可以簡(jiǎn)化為： － |dT/dt|max= R?? 3/ rm2 抗熱沖擊損傷性 適合于含有微孔的材料、非均質(zhì)的金屬陶瓷。 瞬時(shí)不斷裂的原因是微裂紋被微孔、晶界、金屬相所釘扎。 例如：耐火磚中含有氣孔率時(shí)具有最好的抗熱沖擊損傷性，但氣孔的存在會(huì)降低材料的強(qiáng)度和熱導(dǎo)率，熱應(yīng)力因子減小。 從斷裂力學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)以應(yīng)變能 斷裂能為判據(jù)。 材料中微裂紋擴(kuò)展、蔓延的程度，積存的彈性應(yīng)變能、裂紋擴(kuò)展的斷裂表面能影響材料的抗熱損傷性。 積存的彈性應(yīng)變能較小，材料的擴(kuò)展小；裂紋擴(kuò)展的斷裂表面能大，裂紋的蔓延程度小。 1. 考慮問(wèn)題的出發(fā)點(diǎn) 抗熱應(yīng)力損傷性正比于斷裂表面能，反比于應(yīng)變能的釋放率。 R????E/?2(1－ ?) 材料彈性應(yīng)變能釋放率的倒數(shù)，用于比較具有相同斷裂表面能的材料。 R?????E 2 ?eff/?2(1－ ?) 用于比較具有不同斷裂表面能的材料。 強(qiáng)度高的材料原有裂紋在熱應(yīng)力的作用下容易擴(kuò)展蔓延，對(duì)熱穩(wěn)定性不利。 2 . 抗熱應(yīng)力損傷因子 1. 提高材料的強(qiáng)度 ?f，減小彈性模量 E。 2. 提高材料的熱導(dǎo)率 ? 。 3. 減小材料的熱膨脹系數(shù) ? 。 4. 減小表面熱傳遞系數(shù) h。 5. 減小產(chǎn)品的有效厚度 rm。 提高抗熱沖擊斷裂性能的措施