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熱穩(wěn)定性,是指材料承受溫度的急劇變化而不致破壞的能力,又稱為抗熱震性。一般無機材料的熱穩(wěn)定性與抗張強度成正比,與彈性模量、熱膨脹系數(shù)成反比。而導熱系數(shù)、熱容、密度也在不同程度上影響熱穩(wěn)定性。建筑學上的熱穩(wěn)定性,是指在周期性熱作用下,圍護結(jié)構(gòu)或房間抵抗溫度波動的能力。
一般無機材料的熱穩(wěn)定性較差,其熱沖擊損壞有兩種類型:一種是材料發(fā)生損失斷裂,抵抗這類破壞的性能稱為抗熱沖擊斷裂性;另一種是材料在熱沖擊循環(huán)作用下,材料表面開裂、剝落,并不斷發(fā)展,然后碎裂或質(zhì)變,抵抗這類破壞的性能稱為抗熱沖擊損傷性。對于脆性或低延性材料,抗熱沖擊斷裂性尤為重要。對于高延性材料,熱疲勞是主要的問題,雖然溫度的變化不如熱沖擊劇烈,但其熱應力水平也可能接近于材料的屈服強度,且這種溫度變化反復發(fā)生導致疲勞破壞。
對于密實性陶瓷、玻璃等脆性材料,提高熱穩(wěn)定性的關(guān)鍵是提高抗熱沖擊斷裂性能,措施如下:
1、提高材料的強度,減小彈性模量:這意味著提高材料的柔韌性,能吸收較多的彈性應變能而不致開裂,因而提高了熱穩(wěn)定性。
2、提高材料的熱導率:熱導率越高,傳熱越快,能使材料內(nèi)外溫差得到有效緩解、平衡,降低了短時間熱應力的聚集,對熱穩(wěn)定性有利。
3、減小材料的熱膨脹系數(shù):熱膨脹系數(shù)小的材料,在同樣的溫差下,產(chǎn)生的熱應力小,熱穩(wěn)定性高。
4、減小表面熱傳遞系數(shù):系數(shù)越小,材料能承受的溫度變化越大,熱穩(wěn)定性越高。
5、減小產(chǎn)品的有效厚度:薄的材料傳熱途徑短,易使溫度快速均勻。
對于多孔、粗粒、干壓和部分燒結(jié)的制品,提高熱穩(wěn)定性的關(guān)鍵是提高抗熱沖擊損傷性能,措施如下:
1、降低材料的強度,提高彈性模量,使材料在漲縮時所儲存的用以開裂的彈性應變能小。
2、選擇斷裂表面能大的材料,一旦開裂會吸收較多的能量使裂紋很快止裂。
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