據(jù)我們所知氧化鋯材料與氧化鋁材料都可以承受極高的溫度,分別是1350攝氏度和1750攝氏度。那么它們能夠承受如此高溫的原理是什么呢?究竟它們有什么神奇之處呢?
陶瓷隔熱板加工
工業(yè)陶瓷材料其性能比一般的要好,其中的抗熱震性能就起著決定性的作用。主要是因?yàn)樵诠ぷ鬟^程中快速的加熱和冷卻會(huì)產(chǎn)生的熱應(yīng)力,這種熱應(yīng)力對(duì)于器件來說破壞很大,所以抗熱震性非常重要。
氧化鋯陶瓷材料中熱應(yīng)力大小取決于材料的力學(xué)性能和熱學(xué)性能,并且受到結(jié)構(gòu)件的幾何形狀和環(huán)境介質(zhì)的影響。作為陶瓷材料抵抗溫度變化能力大小的抗熱震性,是陶瓷材料力學(xué)性能和熱學(xué)性能的綜合表現(xiàn)。
氧化鋯陶瓷材料的熱振破壞分為熱沖擊作用下的瞬時(shí)斷裂和熱沖擊循環(huán)作用下的開裂,剝落,以及整體損壞的熱層損壞兩大類。一種是基于熱彈性理論,它是指材料固有強(qiáng)度不足以抵抗熱震溫差引起的熱應(yīng)力時(shí)就導(dǎo)致材料熱震斷裂。
99氧化鋁陶瓷坩堝
根據(jù)這一理論,陶瓷材料如果同時(shí)具有高的強(qiáng)度,熱導(dǎo)率和低的熱膨脹系數(shù)、楊氏彈性模量、泊松比、熱輻射系數(shù)和黏度,才具有高的抗熱震斷的能力。另外,適當(dāng)降低材料的密度和熱容也有利于改善陶瓷材料的抗熱震性。
另一種是基于斷裂力學(xué)的概念。材料中的熱彈性應(yīng)變能足以支付裂紋成核和擴(kuò)展而新生表面所需的能量時(shí),裂紋就形成和擴(kuò)散,從而導(dǎo)致材料熱震損傷。根據(jù)這一理論,抗熱震損傷性能好的材料應(yīng)該具有盡可能高的彈性模量和盡可能低的強(qiáng)度。
如何來保證這種性能?經(jīng)常用的就是淬滅技術(shù)了。就是一種將樣品在爐中加熱,然后在空氣中,水中或油中淬火冷卻,通過測(cè)量殘余力學(xué)性能知道其熱震穩(wěn)定性的方法。雖然用的比較多,但實(shí)際的測(cè)試結(jié)果并不是很理想。
另外一種是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試和數(shù)值模擬相結(jié)合實(shí)現(xiàn)的。主要是采用等離子體束快速加熱氧化鋁陶瓷圓盤的中心,這樣就可以形成溫度和熱應(yīng)力梯度,從而引起實(shí)驗(yàn)樣本的損壞。進(jìn)行對(duì)比,就可以得到一種模型,用這種模擬方法得出的結(jié)論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是非常一致的,用起來非常適合。
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本文“氧化鋯陶瓷為什么能夠承受很高的溫度?”由科眾陶瓷編輯整理,修訂時(shí)間:2018-03-23 20:07:16
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