تاثیر طراحی مواد بر مقاومت شوک حرارتی دیرگدازهای یکپارچه

در کاربردهای صنعتی با دمای بالا، نسوزهای یکپارچه نقش حیاتی ایفا کند. این نوع مواد نه تنها باید دماهای بسیار بالا را تحمل کند، بلکه باید یکپارچگی ساختاری و پایداری عملکرد را در طول تغییرات شدید دما، به ویژه از نظر مقاومت در برابر شوک حرارتی، حفظ کند. طراحی مواد یک پیوند کلیدی در بهبود مقاومت شوک حرارتی مواد نسوز بدون شکل است. تأثیر آن گسترده و پیچیده است و جنبه های بسیاری را در بر می گیرد.

اول از همه، انتخاب مواد تشکیل دهنده اساس طراحی مواد است و به طور مستقیم بر مقاومت شوک حرارتی مواد نسوز تک شکل تأثیر می گذارد. اکسید آلومینیوم (Al2O3) به دلیل نقطه ذوب بالا، سختی بالا و پایداری شیمیایی عالی به یکی از اجزای اصلی مواد نسوز آمورف تبدیل شده است. تحقیقات نشان می دهد که تنظیم محتوای و شکل کریستالی Al2O3 می تواند به طور قابل توجهی بر ضریب انبساط حرارتی، هدایت حرارتی و مدول الاستیک ماده تأثیر بگذارد و در نتیجه به طور مستقیم بر مقاومت شوک حرارتی آن تأثیر بگذارد. علاوه بر این، انتخاب مواد خام مانند سیلیکون و منیزیم نیز باید به طور جامع بر اساس سناریوهای کاربردی خاص برای دستیابی به بهترین اثر مقاومت در برابر شوک حرارتی در نظر گرفته شود.

کنترل ریزساختار یکی از عوامل کلیدی است که خواص مواد را تعیین می کند. برای مواد نسوز بدون شکل، ویژگی های ریزساختاری مانند اندازه دانه، تخلخل و توزیع منافذ تأثیر مهمی بر مقاومت شوک حرارتی آنها دارد. با بهینه سازی فرآیند تف جوشی، مانند تنظیم دمای پخت، زمان نگهداری و شرایط جوی، می توان رشد دانه ها را به طور موثر کنترل کرد، ساختار دانه ای یکنواخت و ریز تشکیل داد، عیوب داخلی را کاهش داد و در نتیجه چقرمگی و مقاومت در برابر ترک را بهبود بخشید. . در عین حال، مقدار مناسبی از تخلخل می تواند تنش حرارتی را کاهش دهد، زیرا منافذ می توانند به عنوان کانالی برای آزادسازی تنش عمل کرده و غلظت تنش حرارتی ناشی از تغییرات دما را کاهش دهند.

معرفی مواد افزودنی همچنین می تواند مقاومت شوک حرارتی مواد نسوز یکپارچه را به میزان قابل توجهی بهبود بخشد. به عنوان مثال، نانوذرات به دلیل سطح ویژه و فعالیت بالایی که دارند، می توانند ساختارهای رابط نانومقیاس را در مواد تشکیل دهند و در نتیجه استحکام کلی ماده را افزایش دهند. الیاف سرامیکی می تواند چقرمگی مواد را بهبود بخشد و آسیب به مواد ناشی از تنش حرارتی را کاهش دهد. علاوه بر این، برخی از افزودنی‌های خاص مانند اکسید زیرکونیوم (ZrO2)، به دلیل اثر سخت‌کنندگی تغییر فاز، می‌توانند در دماهای بالا دستخوش تغییر فاز شوند و تنش حرارتی را جذب کنند و در نتیجه مقاومت شوک حرارتی مواد را بیشتر بهبود بخشند.

طراحی مواد کامپوزیتی روش موثر دیگری برای بهبود مقاومت شوک حرارتی مواد نسوز بدون شکل است. با انتخاب دقیق مواد ماتریس و تقویت کننده برای دستیابی به تطابق خوب ضرایب انبساط حرارتی، تنش حرارتی در سطح مشترک را می توان به طور موثر کاهش داد و مقاومت شوک حرارتی مواد کامپوزیت را افزایش داد. به عنوان مثال، ترکیب اکسید آلومینیوم با زیرکونیا می تواند یک ماده کامپوزیت با مقاومت در برابر شوک حرارتی عالی را تشکیل دهد. در عین حال، استفاده از فناوری تقویت الیاف، مانند افزودن الیاف فولادی یا الیاف نسوز به ریخته گری های نسوز، می تواند چقرمگی و مقاومت در برابر ترک را به طور قابل توجهی بهبود بخشد و مقاومت شوک حرارتی آن را بیشتر افزایش دهد.3