抗熱震性

　　
　　耐火材料受激烈的溫度變化或在一定溫度范圍內(nèi)冷熱交替而不致破壞的能力。檢驗方法有水浴法和氣浴法兩種。
　　抗熱震性，指材料在承受急劇溫度變化時，評價其抗破損能力的重要指標(biāo)。si3N.各測試值之間越接近，精密度就越高。反之，精密度就越低抵抗損傷的能力。曾稱熱穩(wěn)定性，熱震穩(wěn)定性，抗熱沖擊性，抗溫度急變性，耐急冷急熱性等。
　　定義
　　主要指陶瓷材料承受一定程度的溫度急劇變化而結(jié)構(gòu)不致被破壞的性能稱為抗熱震性（Thermal Shock Resistance），又稱抗熱沖擊性或熱穩(wěn)定性。
　　主要影響因素
　　材料特性，如材料的熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、彈性模量、材料固有強度、斷裂韌性等。一般地講，熱膨脹系數(shù)越小，材料因溫度變化而引起的體積變化小，相應(yīng)產(chǎn)生的溫度應(yīng)力小，抗熱震性越好；熱導(dǎo)率大，材料內(nèi)部的溫差越小，由溫差引起的應(yīng)力差越小，抗熱震性越好；材料固有強度越高，承受熱應(yīng)力而不致破壞的強度越大，抗熱震性好；彈性模量越大，彈性越小，材料產(chǎn)生彈性變形較小而不能緩解和釋放熱應(yīng)力，對抗熱震性不利。
　　陶瓷結(jié)構(gòu)，如材料的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)和幾何形狀等。一般地講，材料組織相對疏松，有一定氣孔率，有適當(dāng)?shù)奈⒘鸭y存在，都可以提高斷裂能，使材料在熱沖擊下不致被破壞。另外，形狀相對簡單、外形相對均勻的構(gòu)件抗熱震性能要好于形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)不均勻的構(gòu)件。
　　表述或測試
　　抗熱震性能的表述和測試方法有很多，簡單介紹以下幾種：
　　1. 材料升至不同的溫度后，淬冷（風(fēng)冷或水冷），測得試樣表面產(chǎn)生開裂的最大溫差。
　　2. 材料升至預(yù)定溫度后，淬冷（風(fēng)冷或水冷），完成規(guī)定次數(shù)后，試樣殘余抗彎強度與常溫?zé)嵴鹎翱箯潖姸鹊谋戎担瑴y得強度保持率。
　　3. 材料升至預(yù)定溫度后，淬冷（風(fēng)冷或水冷），反復(fù)測試直至材料產(chǎn)生宏觀裂紋的次數(shù)。
　　作用
　　襯火材并在低溫和中溫下是脆性材料，缺乏延性，在熱工設(shè)備使用中，常常受到急劇的溫度變化，導(dǎo)致?lián)p傷。抗熱震性是耐火材料重要的使用性能之一。抗熱震性機理材料的抗熱震性，是其力學(xué)性能與熱學(xué)性能在溫度變化條件下的綜合表現(xiàn)。材料遭受的急劇溫度變化，稱為熱震。
　　材料在熱震中產(chǎn)生的新裂紋，以及新裂紋與原有裂紋擴展造成的開裂、剝落、斷裂等狀況，稱為熱震損傷。熱震損傷是熱應(yīng)力作用的結(jié)果。材料在溫度變化時，變形受到抑制所產(chǎn)生的應(yīng)力為熱應(yīng)力。線膨脹系數(shù)不同的多相物體在溫度變化時，均勻熱膨脹的物體受到溫度梯度作用時，以及相變時，都會產(chǎn)生熱應(yīng)力。熱應(yīng)力與材料的彈性模貢及彈性應(yīng)變成正比，而彈性應(yīng)變等于線膨脹系數(shù)和溫度變化的乘積。
　　理論
　　理論上，對陶瓷與耐火材料處于脆性階段的抗熱震性已提出兩種互補的分析。一種是熱彈性理論，認(rèn)為材料受到的熱應(yīng)力超過材料的極限強度時，導(dǎo)致瞬時斷裂，即所謂的“熱震斷裂”。金格里(W.D.Kingery)根據(jù)不同的熱震條件，導(dǎo)出“抗熱震斷裂參數(shù)”R，側(cè)和R”表達(dá)式。
　　為避免熱震斷裂的發(fā)生，要求具有較高的強度、熱導(dǎo)率或熱擴散率，以及低的線膨脹系數(shù)和彈性模量。另一種是能量理論，認(rèn)為材料中不可避免地存在著或大或小數(shù)量不等的微裂紋，材料的熱震損傷是裂紋擴展的結(jié)果。哈塞曼(D.P.H.Hasselman)用斷裂力學(xué)中的能量平衡原理分析熱應(yīng)力引起的裂紋擴展，適用于比較G不同材料的杭熱震性)1式中G為斷裂能.對多數(shù)耐火材料，為減小熱震裂紋5擴展的程度，要求具有較高的斷裂功和彈性模量，較低月的強度。在此，對彈性模量和強度的要求，剛好與為避另免熱震斷裂發(fā)生的要求相反。海塞曼還提出一種熱震斷裂發(fā)生與裂紋擴展的統(tǒng)一理論，所命名的參數(shù)為“熱本應(yīng)力裂紋穩(wěn)定性參數(shù)”。
　　選用
　　于材料的組成和結(jié)構(gòu)不同，熱震條件不同，表征抗熱震性的參數(shù)也不同，因此，不能隨意選用。、改善抗熱震性的途徑首先，應(yīng)從顯微結(jié)構(gòu)出發(fā)，門使其具有低的線膨脹系數(shù)和彈性模量，高的斷裂功和熱導(dǎo)率.這可采取向基體中引入第2相或第2種材料等措施實現(xiàn)，例如，向材料中引入線膨脹系數(shù)低的尖晶石(如鎂鋁磚、鎂鉻磚)、加入熱導(dǎo)率高而線膨脹系數(shù)和彈性模量低的石墨(如MgO一C系、Mgo一Cao一C系、A1203一C系制品);利用氧化錯的相變增韌，往氧化鋁、莫來石等基體中加入氧化錯;利用纖維增強，往耐火澆注料中加入鋼纖維或耐火纖維。其次，應(yīng)考慮制品的大小和形狀。制品小，形狀簡單，抗熱震性相對好些。抗熱震性試驗是評價試樣經(jīng)受1次或多次溫度急劇變化的損傷程度。表征抗熱震性，需要兩個要素:試樣經(jīng)受的熱循環(huán)和評價其熱震損傷程度所用的方法。試樣經(jīng)受的每一熱循環(huán)，包括兩個階段。在第1個階段，整個試樣或只其1部分(例如一個面)加熱到初始溫度T.。
　　在此加熱期間，加熱速率不導(dǎo)致過大的應(yīng)力。熱震是在由初始溫度界迅速變?yōu)樽罱K溫度T‘的第2個階段完成的。如界>Tf，熱震由冷卻完成;如不環(huán)境中自然冷卻達(dá)到，或者通過鼓風(fēng)冷卻達(dá)到，或者通過在Tf溫度下的水浴(或其他浴)中淬冷達(dá)到。在熱震由加熱完成的情況下，試樣溫度由T‘迅速變?yōu)門f，可將試樣移至高溫爐實現(xiàn)。評價熱震損傷程度所用的方法，通常是測量熱震后試樣的保持強度。但強度這一參數(shù)的統(tǒng)計偏差較大。其他評價方法有外觀檢查、質(zhì)量損失、彈性模量變化、聲發(fā)射等。
　　標(biāo)準(zhǔn)試驗方法
　　如下:
　　(1)中國的直形磚水淬冷法(YB376)。直形磚((200~230mm)X(100~150爪m)K(50~100mm）的受熱端面伸入到預(yù)熱至1100℃的爐內(nèi)50mm，保持20min，接著在室溫水中淬冷3min，然后干燥。用受熱端面破損一半的熱循環(huán)次數(shù)表征其抗熱震性。
　　(2)中國的長條試樣試驗法(YB4018)。長條試樣(23ommx114mmx31mm或230mmX65mmX31mm)以一個面(23omm只3lmm)為受熱面，在均熱板上自室溫以規(guī)定的速率加熱至1000℃，保持30min，然后置于空氣中淬冷。以熱震前、后抗折強度變化百分率評價其損傷程度。
　　(3)美國的鑲板試驗法(ASTMC38)。試驗磚盛砌成的邊長不小于46Omm的正方形鑲板，預(yù)熱24h，冷卻，然后按要求的次數(shù)在爐子和噴水霧的鼓風(fēng)機之間經(jīng)受熱循環(huán)，以質(zhì)量損失與外觀檢查評價其熱震損傷程度。
　　(4)美國的長條試樣試驗法(ASTMCll00)。長條試樣(長度為228mm的直磚、薄片磚、條等)橫跨燃?xì)鉄�嘴。從點火開始，加熱15min，熱面溫度為816~1093℃，然后關(guān)閉燎氣，通過燒嘴鼓風(fēng)冷卻15min。循環(huán)5次。以試樣熱震前后的彈性模量、聲速或抗折強度變化百分率，評價其損傷程度。
　　(5)歐洲耐火材料生產(chǎn)者聯(lián)合會的圓柱體試樣水淬冷法(PRE/RS一1).圓柱體試樣(直徑50om，高SOmm)于950℃爐中加熱15min，接著在室溫水中淬冷3min，之后干燥。用導(dǎo)致斷裂的熱循環(huán)次數(shù)表征其抗熱震性。(6)歐洲耐火材料生產(chǎn)者聯(lián)合會的梭柱體試樣空一氣淬冷法(PRE/RS一2)。棱柱體試樣(114mm火石4mmX64mm)加熱至95oaC，保持45min，然后置于鐵板上，用一股壓縮空氣噴射smin，之后經(jīng)受。，3MPa的彎曲應(yīng)力，當(dāng)試樣斷裂時，試驗結(jié)束，否則，重復(fù)熱循環(huán)，直至斷裂或30次為止。
　　(6)英國的小梭柱體試樣試驗法(BS1902:5.11)。小棱柱體試樣(75mmX50mmX50mm)置于冷爐內(nèi)，以恒定的速率加熱到450℃(硅磚)或1000℃或1200℃(其他材料)，在該溫度下保持30min，之后經(jīng)受空氣冷卻和加熱循環(huán)，每次20min。每一循環(huán)后，經(jīng)受固定的彎曲應(yīng)力，循環(huán)重復(fù)至斷裂或30次為止。