[科普中国]-抗热震性

介绍

又称抗热冲击性，俗称热稳定性。材料及其制品抵抗温度激烈变化不至损坏或破坏的性能。材料及其制品承受温度激烈变化而引起内部温度梯度时，在材料内部会因收缩或膨胀受阻产生热应力，当热应力超过材料强度极限时，产生开裂、破坏和机械强度降低等现象。抗热震性与材料的机械强度、弹性模量、热膨胀系数、热导率、比热容、体积密度、结构均匀性及表面传热系数有关；对于制品来说，还与形状、厚薄有关。

材料在热震中产生的新裂纹，以及新裂纹与原有裂纹扩展造成的开裂、剥落、断裂等状况，称为热震损伤。热震损伤是热应力作用的结果。材料在温度变化时，变形受到抑制所产生的应力为热应力。线膨胀系数不同的多相物体在温度变化时，均匀热膨胀的物体受到温度梯度作用时，以及相变时，都会产生热应力。热应力与材料的弹性模贡及弹性应变成正比，而弹性应变等于线膨胀系数和温度变化的乘积。

主要影响因素材料特性，如材料的热膨胀系数、导热系数、弹性模量、材料固有强度、断裂韧性等。一般地讲，热膨胀系数越小，材料因温度变化而引起的体积变化小，相应产生的温度应力小，抗热震性越好；热导率大，材料内部的温差越小，由温差引起的应力差越小，抗热震性越好；材料固有强度越高，承受热应力而不致破坏的强度越大，抗热震性好；弹性模量越大，弹性越小，材料产生弹性变形较小而不能缓解和释放热应力，对抗热震性不利。1

改善抗热震性的途径首先，应从显微结构出发，使其具有低的线膨胀系数和弹性模量，高的断裂功和热导率。这可采取向基体中引入第2相或第2种材料等措施实现，例如，向材料中引入线膨胀系数低的尖晶石（如镁铝砖、镁铬砖）、加入热导率高而线膨胀系数和弹性模量低的石墨（如MgO-C系、MgO-CaO-C系、Al2O3-C系制品）；利用氧化锆的相变增韧，往氧化铝、莫来石等基体中加入氧化锆；利用纤维增强，往耐火浇注料中加入钢纤维或耐火纤维。其次，应考虑制品的大小和形状。制品小，形状简单，抗热震性相对好些。

抗热震性试验热抗震性试验是评价试样经受1次或多次温度急剧变化的损伤程度。表征抗热震性，需要两个要素：试样经受的热循环和评价其热震损伤程度所用的方法。试样经受的每一热循环，包括两个阶段。在第1个阶段，整个试样或只其1部分（例如一个面）加热到初始温度Ti。在此加热期间，加热速率不导致过大的应力。热震是在由初始温度Ti迅速变为最终温度Tf的第2个阶段完成的。如Ti>Tf，热震由冷却完成； 如Ti