應力作用下引起形狀永久變化的各種形變方式。很早以前就已經粗略地知道了發生這些變化的原子機理,但發生這些變化的過程各種各樣而且很復雜,從原子尺度或者即使從顯微尺度來說,這些過程的細節還沒有完全弄清楚。作為目前深入研究的課題,這方面肯定是迅速擴充知識的一個領域。
晶體的塑性形變和液體及玻璃的黏滯流動對陶瓷的制造過程和許多應用都是重要的。有越來越多的證據說明許多材料的斷裂是由早先的塑性形變引起的。由于斷裂是對陶瓷材料更加廣泛應用的主要限制之一,這一領域中的新發展和新認知就顯得特別重要。黏滯流動、塑性形變和蠕變都是高溫下陶瓷作為結構使用的主要判據。對傳統耐火材料和筑爐材料以及許多新的應用如宇宙飛行器的鼻錐、核燃料元件和高溫燃氣輪機中的陶瓷等都是如此。
塑性形變
任何物體在外力作用下都會發生形變,當形變不超過某一限度時,撤走外力之后,形變能隨之消失,這種形變稱為彈性形變。如果外力較大,當它的作用停止時,所引起的形變并不完全消失,而有剩余形變,稱為塑性形變。彈性形變固體受外力作用而使各點間相對位置的改變,當外力撤消后,固體又恢復原狀謂之“彈性形變”。若撤去外力后,不能恢復原狀,則稱為“范性形變”。因物體受力情況不同,在彈性限度內,彈性形變有四種基本類型:即拉伸和壓縮形變;切變;彎曲形變和扭轉形變。簡單的說,塑性形變是撤走外力后形狀發生了改變,如玻璃杯碎了,彈性形變是與它相反的,如皮筋,但是任何物體都有彈性限度,力超過了彈性限度,就會發生塑性形變。
蠕變形變
固體材料在保持應力不變的條件下,應變隨時間延長而增加的現象。它與塑性變形不同,塑性變形通常在應力超過彈性極限之后才出現,而蠕變只要應力的作用時間相當長,它在應力小于彈性極限施加的力時也能出現。許多材料(如金屬、塑料、巖石和冰)在一定條件下都表現出蠕變的性質。由于蠕變,材料在某瞬時的應力狀態,一般不僅與該瞬時的變形有關,而且與該瞬時以前的變形過程有關。許多工程問題都涉及蠕變。在維持恒定變形的材料中,應力會隨時間的增長而減小,這種現象為應力松弛,它可理解為一種廣義的蠕變。
蠕變曲線
金屬材料的蠕變過程常用變形與時間之間的關系曲線來描述,這樣的曲線稱為蠕變曲線。
室溫拉伸試驗時,長期保持屈服極限以下的應力,試件不會產生塑性變形,也就是說應力-應變關系不會因載荷作用時間的長短而發生變化。但是,在較高溫度下,特別是當溫度達到材料熔點的1/3到1/2時,即使是應力在屈服極限以下,試件也會產生塑性變形,時間愈長,變形量愈大,直至斷裂。這種發生在高溫下的塑性變形就稱為蠕變(Creep)。因此,設計高溫下使用的構件時,例如與高溫燃氣接觸的燃氣輪機葉片,就不能把強度極限等作為計算許用應力的依據,而要考慮材料的蠕變強度。
黏滯流動的傳質機理
在高溫下依靠黏滯液體流動而致密化是大多數硅酸鹽系統燒結的主要傳質機理。
除由于高溫下粘性液體出現牛頓型流動而產生傳質以外,在固相燒結中晶體內的晶格空位在應力作用下,空位沿著應力方向有規則的流動稱為黏滯流動,是流動傳質的一種方式。
(1)相鄰顆粒間接觸表面增大,接著發生顆粒間粘合作用直至孔隙封閉;
(2)封閉氣孔的粘性壓緊,殘留閉氣孔逐漸縮小。隨著燒結進行,坯體中的小氣孔經過長時間燒結后,會逐漸縮小形成封閉的氣孔。
黏滯流動傳質機理的概述圖
根據黏滯流動傳質機理,決定燒結速率的主要參數是顆粒起始粒徑,粘度和表面張力。
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作者:粉體圈
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