高温材料

2023-04-20 23:39:06   1  举报

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高温材料思维导图学习笔记

高温材料

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大纲/内容

五、高温金属材料(高温合金)

耐热钢：高温下具有高的热化学稳定性和热强性的特殊钢。包括抗氧化钢和热强钢。

抗氧化性：高温下良好的抗氧化性能。加入Cr、Si、Al使钢的表面形成致密的氧化膜(钝化膜)，阻挡原子往里扩散，保护基体。热强性：在高温下具有良好的抗蠕变和抗断裂的能力。耐热钢中不可缺少的合金元素是Cr、Si或Al。Cr不仅提高钢的抗氧化性，Cr还有利于热强性。Mo、W、V、Ti等元素加入钢中，能形成细小弥散的碳化物，起弥散强化的作用，提高室温和高温强度。

高温合金(Super Alloy)：指能在600℃以上温度、氧化气氛、燃气腐蚀和一定应力条件下长期稳定工作，具备稳定性、可靠性、持久性和经济性的一类金属材料。

性能特点：优异的热强性、抗氧化和抗热腐蚀性能，抗疲劳性能、优异的断裂韧性和塑性等综合性能。

组织特点：单一基体组织；在高温下具有良好的组织稳定性和使用可靠性。

高温合金强化机制和途径：加入的多种合金元素与基体元素(镍、铁或钴)产生作用产生强化效应。包括：固溶强化、第二相强化、晶界强化、工艺强化等。

六、超高温(复合)材料

当前，超高温材料没有明确的温度界限。在有应力和氧化的环境下，能够在1800℃～2000℃以上温度使用的高级材料。

结构材料：高温力学性能要求更高；

防护材料：高温抗烧蚀性能、具有良好的隔热性能等。

性能要求：高温强度、高温抗氧化性和高温抗烧蚀性能等。

1、难熔金属及其合金难熔金属的高熔点和抗氧化特性。 2、超高温陶瓷及其复合材料金属化合物三高：高熔点、高硬度、高脆性。 3、碳/碳复合材料碳的高熔点和抗氧化、碳纤维高强度。 4、超高温陶瓷 /难熔金属复合材料发挥协同作用，实现高强耐烧蚀。

四、高温无机非金属材料

热学性能

熔点高、耐高温

热膨胀系数较低

热导率较低

抗热震性较差

陶瓷材料是多晶体，通常由晶相、玻璃相和气相组成。

高热强陶瓷：具有优异的导热性，且在高温下仍保持较高强度的陶瓷材料。如氮化(Si3N4)陶瓷。

在热压下制备获得 γ-Si3N4，具有高强度、低密度、耐高温等性质，1500℃ 时弯曲强度可达1400 MPa。

三、耐热有机高分子材料

特性

耐热有机高分子材料：

在250℃以上连续使用仍能保持其主要物理性能的聚合物材料。

耐热程度：耐热性和热稳定性。

耐热性：指在负荷下材料失去原有强度性能发生变形时的温度，其参数如熔化温度、软化温度、玻璃化温度等。

热稳定性：材料的分子结构在惰性气体中开始发生分解时的温度；在空气中开始分解的温度称为热氧稳定性。

提高耐热性途径

① 提高分子中原子间的键能；

② 增加分子中的环结构和共轭程度；

③ 增加分子链间的交联程度；

④ 增加分子的取向度和结晶度；

⑤ 加入稳定剂

发展目标：500℃以上于空气中能长期使用，有效解决耐热性与加工性之间的矛盾。

七、耐热高熵合金/陶瓷

耐热高熵合金：难熔(熔点>1650℃)金属元素为主元的新型高熵合金。 Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W等：性能优于镍基高温合金及其他传统高温合金。

➢ 优异的高温组织稳定性(CrMoNaTiW：1300℃下240h初始相不变) ➢ 很高的室温力学性能(σ0.2=2208MPa，MoNbTaTiV) ➢ 优异的高温力学性能(σ0.2(1600℃)=477MPa，VNbMoTaW) (σ0.2(1000℃)=1513MPa，CrNbVMo) ➢ 优异的抗辐照性，适于先进核反应堆系统。 ➢ 高硬度、耐磨损、抗氧化、耐腐蚀 ➢ 其他优异的功能特性：磁性、热电、介电等。

高熵超高温陶瓷材料：四种或四种以上元素占据同一个Wyckoff位置结构有序，化学组成无序每种元素原子百分比在5% ~35%

高硬度优异的热稳定性优异的高温强度优异的抗高温蠕变性能优异的抗氧化抗烧蚀性能优异的抗辐照性能性能可调控性

➢ 热力学——高熵效应 ➢ 结构——晶格畸变效应 ➢ 动力学——迟滞扩散效应 ➢ 性能——“鸡尾酒”效应