陶瓷热稳定性测定

实验四陶瓷热稳定性测定

一、目的意义

普通陶瓷材料由多种晶体和玻璃相组成，因此在室温下具有脆性，在外应力作用下会突然断裂。当温度急剧变化时，陶瓷材料也会出现裂纹或损坏。测定陶瓷的热稳定性可以控制产品的质量，为合理应用提供依据。

本实验的目的：

①了解测定陶瓷材料热稳定性的实际意义；

②了解影响热稳定性的因素及提高热稳定性的措施；

③掌握陶瓷材料热稳定性的测定原理及方法。

二、基本原理

陶瓷的热稳定性取决于坯釉料的化学成分、矿物组成、相组成、显微结构、制备方法、成型条件及烧成制度等因素以及外界环境。由于陶瓷内外层受热不均匀，坯釉的热膨胀系数差异而引起陶瓷内部产生应力，导致机械强度降低，甚至发生开裂现象。

一般陶瓷的热稳定性与抗张强度成正比，与弹性模量、热膨胀系数成反比。而热导率、热容、密度也在不同程度上影响热稳定性。

釉的热稳定性在较大程度上取决于釉的膨胀系数。要提高陶瓷的热稳定性首先要提高釉的热稳定性。陶坯的热稳定性则取决于玻璃相、莫来石、石英及气孔的相对含量、粒径大小及其分布状况等。

陶瓷制品的热稳定性在很大程度上取决于坯釉的适应性，所以它也是带釉陶瓷抗后龟裂性的一种反映。

陶瓷热稳定性测定方法一般是把试样加热到一定的温度，接着放入适当温度的水中，判定方法为：

①根据试样出现裂纹或损坏到一定程度时，所经受的热变换次数

②经过一定的次数的热冷变换后机械强度降低的程度来决定热稳定性；

③试样出现裂纹时经受的热冷最大温差来表示试样的热稳定性，温差愈大，热稳定性愈好。

本实验采用试样出现裂纹时，平均经受的热冷最大温差来表示试样的热稳定性。

三、测试步骤

①将10个合格的试样放人样品筐内，并置于炉膛中。

②连接好电源线、热电阻和接地线。

③连接好进水管、出水管及循环水管。

④给恒温水槽中注人水。

⑤打开电源开关，指示灯亮，将炉温给定值及水温给定值调至需要位置（在水温控制中，下限控制压缩机、上限控制加热器，上限设定温度≤下限设定温度）。

⑥打开搅拌开关，指示灯亮，搅拌机工作。

⑦根据需要选择“单冷”，“单热”或“冷热”。

a.“单冷”即仪器只启动制冷设备，超过给定温度时，自动制冷至给定温度后自动停止。

b.“单热”即仪器只启动加热设备，低于给定温度时自动加热至给定温度后自动停止。

c.“冷热”即当水温超过给定温度，仪器自动制冷，当水温低于给定温度，仪器自动加热，保证水温在所需温度处。

⑧接好线路并检查一遍，接通电源以2℃·min－1的速度升温。

⑨当温度达到测量温度时，保温15min（使试样内外温度一致）后，拨动手柄，使样品筐迅速坠入冰水中，冷却5min。如没有冰水，试样坠入冷水中。每坠入一次试样，更换一次水，目的使水温保持不变。

⑩从水中取出试样，擦干净，不上釉和上白釉试样放在品红酒精溶液中，检查裂纹。上棕色釉试样放在薄薄一层氧化铝细粉的盘内，来回滚动几次或手拿着试样在氧化铝粉上擦几次，检查是否开裂（如开裂，表面有一条白色裂纹），并详细记录。将没有开裂的试样放人炉内，加热到下次规定的温度（每次间隔20℃），重复试验至10个试样全部开裂为止。

⑾在实验过程中，注意室内温度和水温的变化，做好记录。

四、实验记录

五、思考题

1.测定各种玻璃陶瓷热稳定性的实际意义是什么？

2.影响玻璃、陶瓷材料热稳定性的因素有那些？

试验五、材料扭转试验

一、实验目的

1、 测定低碳钢的屈服点（剪切屈服极限）τs 或下屈服点τsl 、抗扭强度（剪切强度极

限）τb 。

2、 测定铸铁的抗扭强度τb 。

3、 观察、比较和分析上述两种典型材料在受到扭转载荷时的变形和破坏等现象。

二、实验设备

1、扭转试验机。

2、游标卡尺。

图2－21 圆形扭转试样图

图2-22 低碳钢扭转实验T-Ф曲线

三、实验原理

扭转实验是材料力学实验中最基本的实验之一。在进行扭转实验时，试样两端部被装夹在扭转试验机的夹头上。试验机的一个夹头固定不动，另一个夹头绕轴旋转。以实现对试样施加扭转载荷。这时，从试验机上可读出扭矩Ｔ和对应的扭转角Φ。通过试验机上的自动绘图装置可绘出该试样的扭矩Ｔ与扭转角Φ的关系曲线图。

1、低碳钢扭转破坏实验

对低碳钢试样进行扭转实验时，通过试验机上的自动绘图装置，我们可绘出该试样在整个扭转过程中的扭矩T 与扭转角Ф的关系曲线。如图2－22所示，低碳钢在整个扭转过程中经历了弹性、屈服、强化三个阶段。在弹性阶段——OA 直线段，材料服从切变虎克定律。即材料的切应力τ与切应变γ成正比。在屈服阶段——AB 曲线段，分两种情况来读屈服点所对应的扭矩T s 。

（1）当屈服阶段图形为水平线时，此时实验机扭矩刻度盘上首次出现扭矩不增加（保持恒定）而扭转角增加时的扭矩为屈服扭矩T s 。如图2－22（a ）所示。

（2）当屈服阶段图形为锯齿形状时，扭矩刻度盘上主针首次下降（回转）前的的扭矩为上屈服扭矩T su 。而在屈服阶段中最小扭矩为下屈服扭矩T sl ，如图2－22（b ）所示。在强化阶段——BC 曲线段，这时要让试样继续发生扭转变形，就必须对试样再施加扭矩，直至扭断。试件扭断后，我们可从试验机的扭矩刻度盘上读出试样扭断前所承受的最大扭矩T b 。根据上述国标的规定，我们用测出的屈服扭矩T s 或下屈服扭矩T sl ，按弹性扭转公式计算剪切屈服极限。即屈服点或下屈服点为

W T W T Sl

Sl S S ==ττ 或 (2-10)

其中W 为抗扭截面模量。

同时用测出的最大扭矩T b ，按弹性扭转公式计算抗扭强度

(a)

(b)T