陶瓷抗热震性能测试新方法

直至20世纪50年代,生活中最重要的陶瓷材料主要有陶器,砖,瓦,水泥和玻璃制品.陶瓷材料由于其优越的物理和机械性能,在绝缘材料,防弹保护装置,生物医学植入物,喷气式发动机的涡轮叶片,盘式陶瓷制动器,轴承等很多领域有着广泛的应用.在工业应用中,陶瓷材料的抗热震性能起着决定性的作用,主要是因为在工作过程中快速的加热和冷却产生的热应力可能会导致器件的损坏甚至灾难性的故障。

在人们已经开发的用于研究陶瓷抗热震性能的实验方法中,淬灭技术是一种比较典型的研究方法,它首先将样品在炉中加热,然后在空气中,水中或者油中淬火冷却。随后,对其残余力学性能进行测量来表征其热震稳定性。然而,淬火冷却参数和实验结果与真实的应用环境和理论都不是很一致。即使是建立的快速加热基础上的新型实验方法也无法提供影响抗热震性能的充足数据。

为了克服上述困难,来自德国科特布斯勃兰登堡科技大学的研究小组,将实验测试和数值模拟方法进行了结合。Wei Zhang博士和他的同事使用等离子体束快速加热氧化铝陶瓷圆盘的中心,形成温度和热应力梯度,从而引起实验样本的损坏。通过与实验对比,一种有限元模型已经被开发出来和并获得了认可。研究人员还对样品的厚度以及等离子弧的能量等热冲击实验参数对实验和模拟结果的影响做了进一步研究。 

用这种模拟方法得出的结论与实验结果具有高度的一致性,Zhang博士和他的同事并由此得到结论,将实验测试和数值模拟相结合的方法非常适用于对陶瓷材料抗热震性能的测试。德国的研究人员指出,在未来的工作中,这种方法可进一步推广到耐火材料和组件的抗热震性能研究中。

翻译:李凤