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。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。曾稱熱穩定性，熱震穩定性，抗熱衝擊性，抗溫度急變性，耐急冷急熱性等。
基本介紹
- 中文名：抗熱震性
- 外文名：Thermal Shock Resistance
- 別稱：抗熱衝擊性
- 影響因素：材料的機械強度、彈性模量等
- 學科：材料科學
- 檢驗方法：直形磚水淬冷法
性能簡介,主要影響因素,改善途徑,抗熱震性試驗,
性能簡介
又稱抗熱衝擊性，俗稱熱穩定性。材料及其製品抵抗溫度激烈變化不至損壞或破壞的性能。材料及其製品承受溫度激烈變化而引起內部溫度梯度時，在材料內部會因收縮或膨脹受阻產生熱應力，當熱應力超過材料強度極限時，產生開裂、破壞和機械強度降低等現象。抗熱震性與材料的機械強度、彈性模量、熱膨脹係數、熱導率、比熱容、體積密度、結構均勻性及表面傳熱係數有關；對於製品來說，還與形狀、厚薄有關。
材料在熱震中產生的新裂紋，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。熱震損傷是熱應力作用的結果。材料在溫度變化時，變形受到抑制所產生的應力為熱應力。線膨脹係數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，都會產生熱應力。熱應力與材料的彈性模貢及彈性應變成正比，而彈性應變等於線膨脹係數和溫度變化的乘積。
主要影響因素
材料特性，如材料的熱膨脹係數、導熱係數、彈性模量、材料固有強度、斷裂韌性等。一般地講，熱膨脹係數越小，材料因溫度變化而引起的體積變化小，相應產生的溫度應力小，抗熱震性越好；熱導率大，材料內部的溫差越小，由溫差引起的應力差越小，抗熱震性越好；材料固有強度越高，承受熱應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，材料產生彈性變形較小而不能緩解和釋放熱應力，對抗熱震性不利。
改善途徑
首先，應從顯微結構出發，使其具有低的線膨脹係數和彈性模量，高的斷裂功和熱導率。這可採取向基體中引入第2相或第2種材料等措施實現，例如，向材料中引入線膨脹係數低的尖晶石（如鎂鋁磚、鎂鉻磚）、加入熱導率高而線膨脹係數和彈性模量低的石墨（如MgO-C系、MgO-CaO-C系、Al2O3-C系製品）；利用氧化鋯的相變增韌，往氧化鋁、莫來石等基體中加入氧化鋯；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，應考慮製品的大小和形狀。製品小，形狀簡單，抗熱震性相對好些。
抗熱震性試驗
熱抗震性試驗是評價試樣經受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：試樣經受的熱循環和評價其熱震損傷程度所用的方法。試樣經受的每一熱循環，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Ti。在此加熱期間，加熱速率不導致過大的應力。熱震是在由初始溫度Ti迅速變為最終溫度Tf的第2個階段完成的。如Ti>Tf，熱震由冷卻完成； 如Ti<Tf，熱震由加熱完成。在熱震由冷卻完成的情況下，試樣首先在預熱爐中被加熱到初始溫度Ti，並保持10～30min。最終溫度Tf，通過迅速將試樣移至低溫爐中達到，或者通過在室溫環境中自然冷卻達到，或者通過鼓風冷卻達到，或者通過在Tf溫度下的水浴（或其他浴）中淬冷達到。在熱震由加熱完成的情況下，試樣溫度由Ti迅速變為Tf，可將試樣移至高溫爐實現。評價熱震損傷程度所用的方法，通常是測量熱震後試樣的保持強度。但強度這一參數的統計偏差較大。其他評價方法有外觀檢查、質量損失、彈性模量變化、聲發射等。
標準試驗方法如下：
（1）中國的直形磚水淬冷法（YB 376）。直形磚（ （200～230mm） × （100～150mm） × （50～100mm）） 的受熱端面伸入到預熱至1100℃的爐內50mm，保持20min，接著在室溫水中淬冷3min，然後乾燥。用受熱端面破損一半的熱循環次數表征其抗熱震性。
（2）中國的長條試樣試驗法（YB 4018）。長條試樣 （230mm×114mm×31mm或230mm×65mm×31mm）以一個面（230mm×31mm）為受熱面，在均熱板上自室溫以規定的速率加熱至1000℃，保持30min，然後置於空氣中淬冷。以熱震前、後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）。試驗磚疊砌成的邊長不小於460mm的正方形鑲板，預熱24h，冷卻，然後按要求的次數在爐子和噴水霧的鼓風機之間經受熱循環，以質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（ASTM C1100）。長條試樣（長度為228mm的直磚、薄片磚、條等）橫跨燃氣燒嘴。從點火開始，加熱15min，熱面溫度為816～1093℃，然後關閉燃氣，通過燒嘴鼓風冷卻15min。循環5次。以試樣熱震前後的彈性模量、聲速或抗折強度變化百分率，評價其損傷程度。
（5）歐洲耐火材料生產者聯合會的圓柱體試樣水淬冷法 （PRE/R5-1）。圓柱體試樣 （直徑50mm，高50mm）於950℃爐中加熱15min，接著在室溫水中淬冷3min，之後乾燥。用導致斷裂的熱循環次數表征其抗熱震性。
（6）歐洲耐火材料生產者聯合會的稜柱體試樣空氣淬冷法（PRE/R5-2）。稜柱體試樣（114mm×64mm×64mm） 加熱至950℃，保持45min，然後置於鐵板上，用一股壓縮空氣噴射5min，之後經受0.3MPa的彎曲應力，當試樣斷裂時，試驗結束，否則，重複熱循環，直至斷裂或30次為止。
（7） 英國的小稜柱體試樣試驗法 （BS1902：5.11）。小稜柱體試樣（75mm×50mm×50mm）置於冷爐內，以恆定的速率加熱到450℃（矽磚）或1000℃或1200℃（其他材料），在該溫度下保持30min，之後經受空氣冷卻和加熱循環，每次20min。每一循環後，經受固定的彎曲應力，循環重複至斷裂或30次為止。
