热震稳定性
耐火材料
热震稳定性是耐火材料抵抗温度急剧变化而不破坏的性能,又称抗热震性。耐火材料在实际使用中常面临环境温度剧烈变化,例如铸钢用盛钢桶衬砖在浇筑过程中,或转炉平炉电炉等炼钢时的加料、出钢阶段,温度骤变导致制品产生裂纹、剥落甚至崩溃,这种破坏不仅限制窑炉的加热和冷却速度,还加速其损坏。影响因素涉及化学矿物组成、弹性模量、气孔率、导热系数及热膨胀系数,硅砖镁砖因热膨胀系数大成为热震稳定性低的典型材料。检测方法涵盖水冷法、空冷法及稳态循环加热-冷却法。西安建筑科技大学团队开发的SiCnw/Al2O3复合粉可将试样热震后残余强度保持率提升至49.8%。国际标准ASTM C1525-20与国标GB/T 3002-2022规范了耐火材料抗热震性试验方法,热震试验机测试温度范围为-196°C至1500°C。稀土添加剂如氧化钇通过第二相增韧和微裂纹增韧机制提升氧化镁陶瓷的热震次数。
简介
众所周知,材料随温度的升降,产生膨胀或收缩。如果膨胀或收缩受到约束不能自由发展时,材料内部会产生应力。此种因材料的热膨胀或收缩而引起的内应力称为热应力。热应力不仅在具有机械约束的条件下产生,而且均质材料中出现温度梯度,非均质固体中各相之间热膨胀系数的差别,甚至单相多晶体中热膨胀系数各向异性,都是产生热应力的根源。
观点
耐火材料是非均质的脆性材料,与金属制品相比,由于它的热膨胀率较大,热导率和弹性较小,以及抗张强度低等,抗热应力而不破坏的能力差,导致其抗热震性较低。
材料的热震破坏可分为两大类:一类是瞬时断裂,称为热冲击断裂;另一类是在热冲击循环作用下,先出现开裂,剥落,然后变质和碎裂,终至整体损坏,称为热震损伤。对于脆性耐火材料抗热震性的评价源于两种观点。
一种是基于热弹性理论,以热应力Sh和材料固有强度Sf之间的平衡条件作为热震破坏的判据:
Sh≥Sf
当材料固有强度不足以抵抗热震温差△T引起的热应力时,就导致材料瞬时断裂,即所谓的“热震断裂”。
另一种是基于断裂力学概念,以热弹性应变能W和材料的断裂能U之间的平衡条件为热震破坏的判据:
W≥U
当热应力导致的储存于材料中的应变能W足以支付裂纹成核和扩展形成新生表面所需要的能量U,裂纹就可能形成和扩展。它把材料的抗热震性和其物理性质的变化联系起来,探讨材料在受热过程中出现的开裂、剥落、退化、变质终至碎裂,损坏的过程,即所谓的热损伤过程。
参考资料
国家标准项目.国家市场监督管理总局.2020-11-19
第一章 耐火材料的组成和性质.山东理工大学.2024-05-30
最新修订时间:2025-09-21 19:30
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