تأثير تصميم المواد على مقاومة الصدمات الحرارية للحراريات المتجانسة

في التطبيقات الصناعية ذات درجات الحرارة العالية، الحراريات متجانسة تلعب دورا حيويا. لا يتعين على هذا النوع من المواد أن يتحمل درجات الحرارة المرتفعة للغاية فحسب، بل يجب أيضًا أن يحافظ على السلامة الهيكلية واستقرار الأداء أثناء التغيرات الجذرية في درجات الحرارة، خاصة فيما يتعلق بمقاومة الصدمات الحرارية. يعد التصميم المادي بمثابة رابط رئيسي في تحسين مقاومة الصدمات الحرارية للمواد المقاومة للحرارة غير المشكلة. وتأثيرها بعيد المدى ومعقد، ويشمل جوانب عديدة.

بادئ ذي بدء، يعد اختيار المكونات أساس تصميم المواد ويؤثر بشكل مباشر على مقاومة الصدمات الحرارية للمواد المقاومة للحرارة أحادية الشكل. أصبح أكسيد الألومنيوم (Al2O3) أحد المكونات الرئيسية للمواد المقاومة للحرارة غير المتبلورة بسبب نقطة انصهاره العالية وصلابته العالية وثباته الكيميائي الممتاز. تظهر الأبحاث أن ضبط المحتوى والشكل البلوري لـ Al2O3 يمكن أن يؤثر بشكل كبير على معامل التمدد الحراري، والتوصيل الحراري ومعامل المرونة للمادة، وبالتالي يؤثر بشكل مباشر على مقاومتها للصدمات الحرارية. بالإضافة إلى ذلك، يجب أيضًا دراسة اختيار المواد الخام مثل السيليكون والمغنيسيا بشكل شامل استنادًا إلى سيناريوهات تطبيق محددة لتحقيق أفضل تأثير لمقاومة الصدمات الحرارية.

يعد التحكم في البنية المجهرية أحد العوامل الرئيسية التي تحدد خصائص المواد. بالنسبة للمواد المقاومة للحرارة غير المشكلة، فإن الخصائص الهيكلية الدقيقة مثل حجم الحبوب والمسامية وتوزيع المسام لها تأثير مهم على مقاومتها للصدمات الحرارية. من خلال تحسين عملية التلبيد، مثل ضبط درجة حرارة التلبيد، ووقت الاحتفاظ وظروف الغلاف الجوي، يمكن التحكم بشكل فعال في نمو الحبوب، وتشكيل بنية حبيبية موحدة ودقيقة، وتقليل العيوب الداخلية، وبالتالي تحسين صلابة المادة ومقاومتها للتشقق. . وفي الوقت نفسه، يمكن لكمية مناسبة من المسامية أن تخفف من الإجهاد الحراري، لأن المسام يمكن أن تكون بمثابة قنوات لإطلاق الإجهاد وتقليل تركيز الإجهاد الحراري الناجم عن التغيرات في درجات الحرارة.

يمكن أن يؤدي إدخال المواد المضافة أيضًا إلى تحسين مقاومة الصدمات الحرارية للمواد المقاومة للحرارة المتجانسة بشكل كبير. على سبيل المثال، يمكن للجسيمات النانوية، نظرًا لمساحة سطحها المحددة العالية ونشاطها، أن تشكل هياكل واجهة نانوية في المواد، وبالتالي تعزيز القوة الإجمالية للمادة. يمكن لألياف السيراميك تحسين صلابة المادة وتقليل الضرر الذي يلحق بالمادة بسبب الإجهاد الحراري. بالإضافة إلى ذلك، فإن بعض الإضافات الخاصة، مثل أكسيد الزركونيوم (ZrO2)، بسبب تأثير تشديد تغير الطور، يمكن أن تخضع لتغير الطور عند درجات حرارة عالية وتمتص الإجهاد الحراري، وبالتالي تحسين مقاومة الصدمات الحرارية للمادة.

يعد تصميم المواد المركبة طريقة فعالة أخرى لتحسين مقاومة الصدمات الحرارية للمواد المقاومة للحرارة غير المشكلة. من خلال اختيار مواد المصفوفة والتعزيز بعناية لتحقيق تطابق جيد لمعاملات التمدد الحراري، يمكن تقليل الضغط الحراري في الواجهة بشكل فعال وتعزيز مقاومة الصدمات الحرارية للمادة المركبة. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي الجمع بين أكسيد الألومنيوم والزركونيا إلى تكوين مادة مركبة تتمتع بمقاومة ممتازة للصدمات الحرارية. في الوقت نفسه، فإن استخدام تكنولوجيا تقوية الألياف، مثل إضافة ألياف فولاذية أو ألياف حرارية إلى قوالب مقاومة للحرارة، يمكن أن يحسن بشكل كبير من صلابة المادة ومقاومتها للتشقق، ويزيد من تعزيز مقاومتها للصدمات الحرارية.