【正文】 5. 減小產(chǎn)品的有效厚度 rm。 3. 減小材料的熱膨脹系數(shù) ? 。 2 . 抗熱應(yīng)力損傷因子 1. 提高材料的強度 ?f，減小彈性模量 E。 R?????E 2 ?eff/?2(1－ ?) 用于比較具有不同斷裂表面能的材料。 1. 考慮問題的出發(fā)點 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。 材料中微裂紋擴展、蔓延的程度，積存的彈性應(yīng)變能、裂紋擴展的斷裂表面能影響材料的抗熱損傷性。 例如：耐火磚中含有氣孔率時具有最好的抗熱沖擊損傷性，但氣孔的存在會降低材料的強度和熱導(dǎo)率，熱應(yīng)力因子減小。 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。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 －強制對流空氣 －噴氣渦輪機葉片 rmh 3 . 第三熱應(yīng)力因子 x y TcTs =To Tav Ts Tc 厚度為的無限平板，在降溫過程中內(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)定傳熱過程（物體內(nèi)各處的溫度隨時間而變化 ),物體內(nèi)單位面積上溫度隨時間的變化率為 : ?T/?t=?/?cp ?2T/?x2 ?T/?t=－ 2To ? /?cp rm2 To=Tc－ Ts=(?T/?t rm2 )/( ? /?cp ) ? /?cp導(dǎo)溫系數(shù)或熱擴散系數(shù) （表征材料在溫度變化時，內(nèi)部各部分溫度趨于均勻能力）。1/ R?=??f (1－ ?)/ ? E (第二熱應(yīng)力斷裂抵抗因子 ) 單位： J/(cmK), ??20 由 ?=hrm/? 得： rm?， 才可以用 ?Tmax= ?f (1－ ?)/ ? E 即玻璃的厚度小于 4時，最大熱應(yīng)力隨玻璃的厚度減小而減小。K), h=(cm2 水淬玻璃 : ?=(cm ?越小，滯后越大，即達到實際最大應(yīng)力所需的時間越長。 ?越大， ?*越大，折減越小。m2) 流速 120 流速 12 流速 從 1000oC向 0oC輻射 從 500oC向 0oC輻射 水淬 － 噴氣渦輪機葉片 － h實測值 無因次表面應(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。cm2 ?越大對熱穩(wěn)定性不利。oC)。 ? 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，單位時間帶走的熱量（ J/s ? 材料的熱導(dǎo)率 ?：熱導(dǎo)率越大，傳熱越快，熱應(yīng)力持續(xù)一定時間后很快緩解，對熱穩(wěn)定性有利。 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)時間，材料的特性（塑性、均勻性、弛豫性），裂紋、缺陷、散熱有關(guān)。 有 ?x = ?z = ?T ? E / （ 1 － ? ) 在 t=0的瞬間， ?x = ?z = ?max ，如果正好達到材料的極限抗拉強度 ?f ，則前后兩表面開裂破壞， 得 ?Tmax= ?f (1－ ?)/ ? E 對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。（高溫結(jié)構(gòu)材料）。 例如：在一些 TiO2組成物中，有此現(xiàn)象。 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)力過大，就可以在復(fù)合體中引起微裂紋。 熱穩(wěn)定性的表示方法 1 . 一定規(guī)格的試樣，加熱到一定溫度，然后立即置于室溫的流動水中急冷，并逐次提高溫度和重復(fù)急冷，直至觀察到試樣發(fā)生龜裂，則以產(chǎn)生龜裂的前一次加熱溫度 0C表示。 無機材料的熱穩(wěn)定性 熱穩(wěn)定性（抗熱振性）： 材料承受溫度的急劇變化（熱沖擊）而不致破壞的能力。 ? 高溫，大的氣孔不僅不降低熱傳遞，而且在某種程度上，隨著溫度的增加，大的氣孔增加有效熱導(dǎo)率。在高溫下熱導(dǎo)率基本上不隨溫度變化； ? 當(dāng)材料中所含的非晶相比晶相多時，熱導(dǎo)率隨溫度升高而增大； ? 當(dāng)材料中所含的非晶相比晶相多時，熱導(dǎo)率可以在一個相當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)基本保持常數(shù)。 說明： ? 非晶體的聲子導(dǎo)熱系數(shù) 在所有溫度下都比晶體?。? ? 兩者在高溫下比較接近； ? 兩者曲線的重大區(qū)別在于晶體有一峰值。 可以把玻璃看作直徑為幾個晶格間距的極細晶粒組成的多晶體。 (3) 結(jié)構(gòu)的影響 非晶體 晶體與非晶體 0 T(K) ? 400－ 600K 600－ 900K 0 T(K) ? B 晶向不同，熱傳導(dǎo)系數(shù)也不一樣，如：石墨、 BN為層狀結(jié)構(gòu)，層內(nèi)比層間的大 4倍，在空間技術(shù)中用于屏蔽材料。 0 20 40 60 80 100 MgO 體積分數(shù) ? NiO 熱傳導(dǎo)系數(shù)(卡/秒厘米0 C 1 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 ? 化學(xué)組成復(fù)雜的固體具有小的熱傳導(dǎo)系數(shù) 如 MgO,Al2O3和MgAl2O4結(jié)構(gòu)一樣，而 MgAl2O4的熱傳導(dǎo)系數(shù)低，2Al2O33SiO2莫來石比尖晶石更小 . 晶粒尺寸小、晶界多、缺陷多、晶界處雜質(zhì)多，對聲子散射大。 例如； GaAs激光器做 在上面，能輸出大功率。 ?T3 40K 1600K exp(?D/2T) 熱輻射 氧化鋁 單晶的 熱導(dǎo)率 隨溫度 的變化 （ 1） 溫度的影響 4. 影響熱導(dǎo)率的因素 0 400 800 1200 1600 2021 1 Pt 石墨 SiC 粘土耐火磚 SiO2玻璃 粉末 MgO 28000F隔熱磚 20210F隔熱磚 MgO Al2O3 ZrO2 溫度 (0C) BeO 線性簡諧振動時，幾乎無熱阻，熱阻是由非線