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1、有四种陶瓷材料，它们的力学和热学性能参数如下：现要制造一个经受急剧温度变化的陶瓷构件，你认为选择哪种比较合适？如果该构件是 在缓慢温度波动的环境下服役，你又会选择哪种呢？需要指出，四种陶瓷材料单纯的力学性 能指标均能满足使用要求。答：热稳定性是指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力，也称抗热震性。所以要制造 一个经受急剧温度变化的陶瓷构件，它的热稳定性一定要好。一般无机材料和其他脆性材料一样，热稳定性是比较差的。它们的热冲击损坏有两种 类型：（1）抗热冲击断裂性 ：在非正常热传导的急冷或急热的情况下，物体内温度梯度和 冲击热应力促使材料失去延性而产生脆性破坏。（2）抗热冲击损伤性：在热冲击循
2、环作用下的热损伤可导致材料的表面开裂、剥落并不断发展，最终破裂或变质。由于温度变化而引起的应力称为热应力。（1） 急剧受热或冷却条件下产生的热应力 ：一块温度为T的陶瓷块，立即投入到温度为T的环境中。初始瞬间表层收缩率为：10a （T T）。此时陶瓷块内层仍保持原有温度T而未收缩。表面层受到来自内层的张力，l 1 0 1其大小可推导出为：（7； _ 7；星旳I，-I1.1式1.1 中, E为材料的弹性模量，a i为线膨胀系数，v为泊松比；y致；导方向自由则根据厂义胡克定yZ(7当t=0时Ea料的强口maxEai陶瓷薄aT = 06E E)6 . d艮O fE “只要材料中最大热应力值o叹不特点
3、：没有形状尺寸等 数据，只有材料本征参 数，可以推广使用。坏。显然溝max前表而的 -个单元如图：2.Y方向厚度小，在突然冷却瞬间，垂直Y轴各平面上温度3.X、Z方向内部与表面存在4假设令方向约若它恰好达到材料强度，则会出现开裂破坏，求得 骤冷时最大温差：6(1- “)对于非薄板材料:越大，能承受的温度变化越大，则材料的热稳定性越好。定义：aE为表征材料热稳定性 的因子1.2综上所述，可以用第一热应力断裂抵抗因子来作为选择四种陶瓷材料的依据。把题中的四种不同材料的力学和热学性能参数代入式1.2,得出不同结果如下:对于 A，r _ 兀0%1沾1：1一625)_ 27 7gA 9x1D_6x210
4、x1010对于B,让=切0x1护刈1一口左也3xlO_6xl4OxlO10=144.76对于c,二7x1D_6x7Ox1O10=146.94当表面有不均匀热流流过 时，表面温度和平均温度均以不规则的方式变化， 分析计算最大应力很困难。对于两侧均匀受热或冷却 的无限大平板，板上某点 的应力琏某个瞬间取决 于该点温度与此刻板的平 均温度的差值A八进一 步考虑几何因素和导热特, 通过上述式朗推导出热抗震参数R耒未为，对于D, 一 =125.001DCWX1护冥1一0,384xlO_6xl4OxlO10由计算结果可知，材料c的热应力断裂抵抗因子的值最大，因此应当选择材料c0 另外，经受急剧温度变化的陶
5、瓷材料，热导率也要大，由题中所给数据可知，c的热 导率最大,因此从这个角度分析也要选择 c。（2）缓慢受热或冷却产生的热应力其中，疝为与试样几何形状有关的常数，无 限平板的理值为头为Biol模数，有：2其中，卞为试样的标准尺寸（即球、圆柱的半径或板 的半厚度），力为表面传热系数，久为热导率。旳时模脚是个与试样几何因素、热性质和受 热条件有关的无因次常数。在急剧受热f或冷刼余浮R（又称第二热应力抵抗因子）的表达式：翻值不很大，则分栃热应力时，必须考虑到 弋样内部温度分布随时间的变化。2勺(1)Ea1.3把题中的四种不同材料的力学和热学性能参数代入式 1.3，得出的结果如下：对于A, 丁290x700x10&xi：1-0.25) _ gggg 石9xlO_6x21OxlO10对于B, 丁_ 120x32x1炉痢I-。,昶)=1737 43x1O_6x14Ox1O10对于C, 丁_ sooxgtmxi护班10.2 _ AAnf1 匚 c - 7xlO_6x7OxlO10 对于D,和_ 1铀冥1。00冥1护琐1一0.30)= 22500 04x1D_6x14Ox1O10比较 R ,R ,R ,RABC的大小可知，材料C的第二热应力抵抗因子R最大，说明在D缓慢温度波动的环境下服役时，材料 C 最稳定，所以应该选择材料 C。
