趙婷婷，范立坤，黎 陽

(1.上海材料研究所，上海市工程材料應(yīng)用與評價重點實驗室，上海 200437；2.上海第二工業(yè)大學(xué)環(huán)境與材料工程學(xué)院, 上海 201209)

0 引 言

陶瓷材料具有高熔點、高強度、良好的化學(xué)和物理穩(wěn)定性等特點，在苛刻的服役環(huán)境中具有巨大的應(yīng)用潛力[1]；但由于陶瓷材料本身是脆性的，在經(jīng)歷溫度驟變時，熱膨脹或收縮所引起的熱應(yīng)力會導(dǎo)致脆性的陶瓷材料開裂、剝落甚至斷裂，這使得陶瓷材料的應(yīng)用范圍受到限制[2]?？篃嵴鹦?又稱抗熱沖擊性)是指陶瓷材料能夠承受溫度急劇變化的能力，是衡量陶瓷材料使用性能的一項重要指標(biāo)[1]。研究陶瓷材料的抗熱震性對其實際應(yīng)用具有重要意義，提高抗熱震性一直是陶瓷材料領(lǐng)域的研究熱點之一。為了給相關(guān)工作人員提供參考，作者對陶瓷材料抗熱震性的國內(nèi)外研究進展進行了總結(jié)，簡述了陶瓷材料抗熱震性理論、表征方法的發(fā)展進程以及影響陶瓷材料抗熱震性的外部因素，指出了提高陶瓷材料抗熱震性的方法，并給出了未來的研究方向。

1 抗熱震性評價理論

材料外部溫度波動時會導(dǎo)致其內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而產(chǎn)生熱應(yīng)力裂紋，當(dāng)裂紋積累到一定程度后材料會發(fā)生失效?？篃嵴鹦员碚鞯氖遣牧系挚箿囟燃眲∽兓哪芰?，是材料力學(xué)性能(斷裂韌性、抗彎強度、彈性模量)和熱學(xué)性能(熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率)對受熱情況的綜合反應(yīng)[3]。陶瓷材料的熱震破壞方式主要分為兩類，一類是熱沖擊作用下的瞬時斷裂，另一類是熱沖擊循環(huán)作用下的開裂、剝落、整體破壞。基于熱震破壞方式得到陶瓷材料的抗熱震性評價理論，分別為熱應(yīng)力斷裂理論和熱沖擊損傷理論[4-5]。

熱應(yīng)力斷裂理論以材料的斷裂強度和受到的熱應(yīng)力之間的平衡條件為依據(jù)，當(dāng)熱應(yīng)力高于斷裂強度時，材料將發(fā)生斷裂；此理論側(cè)重于裂紋形核階段[6]，適用于高強度致密陶瓷材料，但無法解釋含微孔陶瓷材料的抗熱震性，相關(guān)的公式為

(1)

(2)

式中：R，R′分別為第一、第二熱應(yīng)力斷裂抵抗因子；α為熱膨脹系數(shù)；ν為泊松比；E為彈性模量；σf為斷裂強度；λ為熱導(dǎo)率。

由熱應(yīng)力斷裂理論可以看出，要得到高的抗熱震性陶瓷材料需降低材料的彈性模量、熱膨脹系數(shù)以及提高材料的斷裂強度、熱導(dǎo)率。

熱沖擊損傷理論以材料的斷裂能和彈性應(yīng)變能之間的關(guān)系為依據(jù)，當(dāng)材料中存儲的應(yīng)變能超過材料的斷裂能時，裂紋形成并擴展，材料產(chǎn)生熱震損傷[7]；此理論側(cè)重裂紋擴展階段[8]，適用于低強度多孔陶瓷材料，且僅限于裂紋擴展階段抗熱震性能的評價，相關(guān)的公式為

(3)

(4)

式中：R″，R?分別為抗熱震損傷因子；γE為斷裂能。

由熱沖擊損傷理論可知，抗熱震性好的陶瓷材料應(yīng)具有低的斷裂強度、高的斷裂能和彈性模量。

王潤澤等[9]研究發(fā)現(xiàn)，熔融石英顆粒復(fù)合材料的抗熱震損傷因子(R?)與斷裂能成正比，斷裂能越大，抗熱震性能越好。LI等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在實際使用過程中陶瓷的熱沖擊初始溫度應(yīng)盡量選擇合適區(qū)域，R′的適用范圍存在局限性，盲目用R′來反映材料抗熱震損傷狀態(tài)的所有情況是不合理的。王守仁等[11]通過試驗和有限元模擬方法發(fā)現(xiàn)，R′與陶瓷材料的熱震溫差呈線性關(guān)系，即熱震溫差越大，R′越小，材料的抗熱震性能越差。

由于熱應(yīng)力斷裂理論與熱沖擊損傷理論側(cè)重的階段不同，同時兩者的適用范圍不一致，因此HASSELMAN等[8,12]將這2個理論結(jié)合起來，提出了熱應(yīng)力裂紋穩(wěn)定性因子Rst，得出提高陶瓷材料的熱導(dǎo)率、抗拉強度以及降低其彈性模量、熱膨脹系數(shù)可提高其抗熱震性的結(jié)論，此觀點被廣大學(xué)者接受并應(yīng)用。Rst的表達式為

(5)

近年來，一些新的抗熱震性評價理論相繼出現(xiàn)。王鳳森等[13]將抗彎強度σ與Rst的乘積σRst作為新的抗熱震參數(shù)，可實現(xiàn)材料抗彎強度和抗震性的最優(yōu)化。ZHOU等[14]構(gòu)建了多層層壓陶瓷材料臨界熱震溫差與材料力學(xué)性能、斷裂能、層數(shù)之間的關(guān)系，建立了可以作為層壓陶瓷的定性或定量分析工具來評價其抗熱震性。李定玉[15]在HASSELMAN等提出的理論基礎(chǔ)上，建立了降溫、升溫及主動冷卻(非表面急劇降溫)等不同環(huán)境下材料抗熱震性的熱-損傷表征模型，并研究了不同材料在不同環(huán)境下的抗熱震性。

2 抗熱震性的測試與表征方法

常用抗熱震性的測試方法主要有殘余強度法、循環(huán)熱震法和壓痕法。殘余強度法[16]通過將試樣在燒結(jié)爐中加熱至指定溫度，在空氣、水等介質(zhì)中淬火冷卻后測得的殘余抗彎強度來表征抗熱震性能；該方法可以直接確定陶瓷材料抗熱震性能的好壞，但所需試樣數(shù)量大，試樣不能重復(fù)使用，且測試條件需要根據(jù)試驗要求，如熱震溫度[17]、熱震介質(zhì)[18]而定。循環(huán)熱震法是以溫度循環(huán)過程中試樣出現(xiàn)裂紋或發(fā)生斷裂前的熱震循環(huán)次數(shù)作為判斷依據(jù)，陶瓷材料抗熱震性的好壞主要靠測試人員主觀意識決定。壓痕法[19]是指采用維氏硬度計在經(jīng)過拋光處理的試樣上預(yù)制初始裂紋，在設(shè)定的熱震溫差下進行試驗，利用光學(xué)顯微鏡觀察裂紋的擴展情況以判斷抗熱震性能的一種方法；該方法中的試樣可以重復(fù)利用，測試結(jié)果更直接，可人為控制裂紋位置、尺寸和形狀，測試成本低，但難以選擇合適的載荷[20]。

目前，陶瓷材料抗熱震性的表征指標(biāo)主要包括熱震后的抗彎強度保持率和抗彎強度損失率以及臨界熱震溫差、R參數(shù)、彈性模量等。董偉霞等[21]以熱震循環(huán)3次后的常溫抗彎強度保持率來表征不同晶粒尺寸莫來石陶瓷的抗熱震性能；李中秋[22]研究了殘余抗彎強度與熱震溫差的關(guān)系，利用殘余抗彎強度出現(xiàn)突降溫度的高低來作為判斷陶瓷材料抗熱震性能的依據(jù)；XIANG等[23]用脈沖激勵法，通過動態(tài)彈性模量來評價復(fù)相陶瓷材料的抗熱震性能；EICHLER等[24]研究發(fā)現(xiàn)，在熱震試驗中，隨著2Y-TZP陶瓷粒徑的增加，R呈線性增大趨勢，且R變化越明顯，材料的抗熱震性越好。

雖然有些研究認(rèn)為，250 ℃至室溫連續(xù)熱震循環(huán)3次后未出現(xiàn)裂紋的陶瓷材料稱為高抗熱震陶瓷[25]，但此類材料主要用于制作烹飪器皿，不適合用于工業(yè)及其他領(lǐng)域。用同一種方法表征陶瓷材料的抗熱震性能時，不同學(xué)者得到不同材料的抗彎強度保持率、臨界熱震溫差等表征范圍不一致，基本認(rèn)為這些數(shù)據(jù)越大，陶瓷材料的抗熱震性能越好。目前在實驗室環(huán)境中陶瓷材料的抗熱震性主要用室溫下殘余抗彎強度為初始強度70%時的熱震溫差來表征[15]，但此方法難以真實反映高溫環(huán)境下熱沖擊對陶瓷材料力學(xué)性能的影響。因此，開發(fā)出準(zhǔn)確和簡便的表征方法是目前研究陶瓷材料抗熱震性急需解決的問題。

3 提高抗熱震性的方法

3.1 補強增韌

根據(jù)熱應(yīng)力斷裂理論，當(dāng)材料受到的熱應(yīng)力大于其斷裂強度時，材料將會斷裂，因此提高材料的強度可提高材料的抗熱震性。目前提高陶瓷材料強度的方法主要包括工藝優(yōu)化和第二相增強[26]。工藝優(yōu)化是指優(yōu)化陶瓷制備工藝，減少陶瓷的內(nèi)部缺陷，從而達到增強效果的方法；第二相增強是指在陶瓷基體中引入第二相，利用第二相與基體之間的性能匹配度不同而對基體起到強化作用的方法。相較于工藝優(yōu)化，第二相增強的效果更明顯。增強補韌的主要途徑包括顆粒增強、相變增韌、纖維或晶須增韌以及復(fù)合增韌等[27]，常用的第二相包括氧化物顆粒(如氧化鋁等)、非氧化物顆粒(如碳化物等)以及金屬或金屬間化合物顆粒。

3.1.1 顆粒增強

當(dāng)陶瓷材料受到外力作用導(dǎo)致裂紋萌生并擴展時，第二相顆粒的釘扎作用可以使裂紋尖端在顆粒處發(fā)生彎曲而產(chǎn)生線張力，從而提高斷裂能；根據(jù)熱沖擊損傷理論，第二相顆?？梢援a(chǎn)生增強增韌效果。呂珺等[28]研究發(fā)現(xiàn)，Al2O3陶瓷的熱震溫差為300 ℃時，殘余抗彎強度保持率僅為22%，而在Al2O3陶瓷中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)25% TiC顆粒后，熱震溫差升高至800 ℃后，殘余抗彎強度保持率卻達到64%，彌散分布的TiC顆粒對裂紋起到釘扎作用，對基體晶粒的長大起到阻礙作用，從而提高了陶瓷的強度。李家茂等[29]在Al2O3陶瓷中加入MnO2、MgO等顆粒后，陶瓷的抗熱震性和致密性能明顯提高。MANSHOR等[30]在ZTA(ZrO2增韌Al2O3)復(fù)相陶瓷材料中加入TiO2顆粒后，其斷裂韌性、硬度、致密性、抗熱震性能都有所提高。樊傳剛等[31]在ZrO2陶瓷中添加MgO與CaO顆粒制得的復(fù)合陶瓷具有較高的抗彎強度和較理想的抗熱震性。

除了氧化物、碳化物等第二相顆粒外，在陶瓷材料中引入金屬顆粒也可以提高其抗熱震性能。田忠良等[32]研究發(fā)現(xiàn)，未添加銅顆粒的復(fù)相金屬陶瓷經(jīng)過3次熱震循環(huán)后破裂，但添加銅顆粒后經(jīng)10次熱震循環(huán)后仍完好，且隨著銅顆粒添加量的增加，金屬陶瓷的抗熱震性能提高。陶瓷材料基體中的氣孔、晶界、金屬顆粒都對裂紋擴展起到阻礙作用，其中金屬顆粒的阻礙作用最顯著[33]。金屬顆粒的加入增加了陶瓷材料中裂紋形核和擴展的難度，提高了陶瓷材料的熱導(dǎo)率，降低了材料內(nèi)部的溫度梯度，從而降低了材料內(nèi)部熱應(yīng)力[34]；同時金屬顆粒具有較好的塑性，可降低陶瓷基體的殘余抗彎強度和熱應(yīng)力，從而降低裂紋擴展所需的彈性能，進而提高抗熱震性。

3.1.2 相變增韌

在陶瓷材料中應(yīng)用最多的相變增韌為ZrO2相變增韌。ZrO2有3種不同的晶體結(jié)構(gòu)，m-ZrO2(單斜相)、t-ZrO2(四方相)和c-ZrO2(立方相)；ZrO2的馬氏體相變主要發(fā)生在單斜晶系與四方晶系之間，當(dāng)t-ZrO2轉(zhuǎn)變到m-ZrO2時，ZrO2晶體的體積會膨脹3%～5%。通過調(diào)整ZrO2相變量的分布區(qū)域，可在一定程度上利用ZrO2的相變體積效應(yīng)，減小熱震應(yīng)變場的應(yīng)變，從而達到提高抗熱震性的效果。楊威等[35]研究發(fā)現(xiàn)，引入m-ZrO2粉會提高方鎂石-尖晶石材料的致密性，降低強度和彈性模量，并在950 ℃風(fēng)冷熱震循環(huán)3次后得到約26%的彈性模量保持率。王大磊等[36]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)添加ZrO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%，30%時，Al2O3復(fù)相陶瓷的抗熱震指數(shù)比純Al2O3陶瓷分別提高了26.5%，49.6%。陳林林等[37]以質(zhì)量比為70…30的莫來石和Al2O3以及不同含量3Y-ZrO2(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)3% Y2O3部分穩(wěn)定ZrO2)為原料制備了復(fù)相陶瓷，發(fā)現(xiàn)當(dāng)3Y-ZrO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時，經(jīng)30次熱震循環(huán)后復(fù)相陶瓷的抗彎強度明顯提高，這與ZrO2馬氏體相變所產(chǎn)生的少量體積膨脹可以起到增韌作用有關(guān)，同時熱震循環(huán)后陶瓷中氣孔尺寸和分布更加均勻。徐曉虹等[38]研究了不同含量3Y-ZrO2對剛玉-莫來石復(fù)相陶瓷抗熱震性能的影響，發(fā)現(xiàn)在加熱至1 100 ℃后水冷的熱震過程中t-ZrO2在熱應(yīng)力作用下轉(zhuǎn)變?yōu)閙-ZrO2，并因體積膨脹而伴隨微裂紋的產(chǎn)生，微裂紋釋放了陶瓷表面的應(yīng)力，使陶瓷的抗熱震性增強；當(dāng)添加3Y-ZrO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時，經(jīng)過30次熱震循環(huán)后，陶瓷的抗彎強度為182.04 MPa，強度損失率為12.96%。范芳等[39]通過添加ZrO2、3Y-ZrO2、8Y-ZrO2對Al2O3-莫來石復(fù)相陶瓷進行改性，發(fā)現(xiàn)在1 500 ℃保溫30 min后空冷的熱震條件下強度有所提高，未改性復(fù)相陶瓷的抗彎強度增長率最小，經(jīng)過8Y-ZrO2改性的復(fù)相陶瓷的抗彎強度增長率最大，可達163.9%。趙志鵬等[40]研究了m-ZrO2、t-ZrO2、c-ZrO2對氧化鎂陶瓷抗熱震性的影響，發(fā)現(xiàn)在900 ℃保溫30 min水冷的熱震條件下，未添加ZrO2的陶瓷抗熱震性最差，熱震1次后便出現(xiàn)裂紋，添加m-ZrO2的陶瓷抗熱震性最好，熱震循環(huán)次數(shù)達到了8次，添加t-ZrO2、c-ZrO2的陶瓷熱震循環(huán)次數(shù)分別為5次和4次?？梢姡跓嵴疬^程中t-ZrO2受熱應(yīng)力作用轉(zhuǎn)變?yōu)閙-ZrO2，在此過程中伴隨體積膨脹而使陶瓷產(chǎn)生微裂紋，微裂紋可釋放表面的應(yīng)力，減慢阻止裂紋擴展。

3.1.3 纖維和晶須增韌

陶瓷材料中纖維和晶須的增韌機理主要包括拔出、裂紋偏轉(zhuǎn)、裂紋橋聯(lián)等[41]。HOU等[42]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Al2O3陶瓷中引入的ZrO2纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時，陶瓷的抗彎強度為613 MPa，熱震循環(huán)次數(shù)達到29次。楊孟孟等[43]研究發(fā)現(xiàn)，在ZrO2-莫來石陶瓷中加入SiC纖維后可顯著提高該陶瓷的抗熱震性，熱震循環(huán)次數(shù)高達50次。馮帥等[44]研究發(fā)現(xiàn)，在Al2O3陶瓷中添加ZrO2纖維后，陶瓷的抗熱震性比純Al2O3陶瓷好，在1 400 ℃循環(huán)空冷條件下其熱震循環(huán)次數(shù)高達30次。LANG等[45]以Al2O3纖維、釔穩(wěn)定ZrO2為原料制備多孔復(fù)相陶瓷，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Al2O3纖維體積分?jǐn)?shù)為10%時，復(fù)相陶瓷的斷裂韌度從0.5 MPa·m1/2增加1.2 MPa·m1/2，抗壓強度達到(100.2±25.4) MPa。胡克艷等[46]研究發(fā)現(xiàn)，在Al2O3陶瓷中添加莫來石晶須可有效提高其力學(xué)性能，晶須在基體均勻分布并與界面緊密結(jié)合，通過自身牽拉增加斷面表面積，使得表面能增加而消耗斷裂能，從而提高陶瓷的抗熱震性能。

3.2 提高熱導(dǎo)率

熱導(dǎo)率大的材料熱量傳遞快，其內(nèi)部溫度更易分布均勻，從而降低由溫度梯度造成的熱應(yīng)力水平。常見的高熱導(dǎo)率陶瓷有SiC、Si3N4、BeO等。在熱導(dǎo)率相對較低的陶瓷(如Al2O3)中添加熱導(dǎo)率相對較高的材料時，基體的熱導(dǎo)率和抗熱震性都得到顯著提高。張陽等[47]研究發(fā)現(xiàn)，添加SiC后，Sialon陶瓷的抗熱震性得到顯著提高。SiC/Si3N4復(fù)相陶瓷在臨界熱震溫差下的殘余強度比單相Si3N4陶瓷提高了9.6%[48]。熱導(dǎo)率高的石墨、B4C等的添加也可以改善陶瓷材料的抗熱震性。黃啟忠等[49]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)600 ℃水淬熱震試驗后，C-B4C-SiC復(fù)相陶瓷的抗彎強度為105.3 MPa，比熱震前提高了41%，復(fù)相陶瓷抗熱震性的提高與熱應(yīng)力釋放和微裂紋增韌補強的協(xié)同作用有關(guān)。

3.3 降低熱膨脹系數(shù)

固體材料的原子熱振動引起材料熱膨脹，原子間的勢能決定原子之間的距離，當(dāng)溫度升高時，原子間的振動加快，導(dǎo)致原子間的距離增大，宏觀表現(xiàn)為材料的膨脹[50]。熱膨脹系數(shù)低的材料在同一溫度范圍變化后的宏觀應(yīng)變量小，所產(chǎn)生的熱應(yīng)力也低[51]。陳桂華等[41]研究發(fā)現(xiàn)，Al2O3-莫來石復(fù)相陶瓷的熱膨脹系數(shù)失配較合理，經(jīng)過1 100 ℃水淬熱震試驗后，其抗彎強度保持率達到51.3%，抗熱震性較好。韓亞苓等[52]研究發(fā)現(xiàn)，將熱膨脹系數(shù)低的莫來石、鈦酸鋁加入到Al2O3陶瓷中能得到更加致密的復(fù)相陶瓷，該陶瓷可承受1 500 ℃空冷的熱震破壞。添加堇青石的Al2O3陶瓷的抗熱震性優(yōu)于純Al2O3陶瓷[53]。ZHANG等[54]研究發(fā)現(xiàn)，在Al2O3陶瓷中加入低熱膨脹系數(shù)的莫來石/堇青石后，復(fù)相陶瓷具有優(yōu)異的抗熱震性，其臨界熱震溫差達到350 ℃，抗彎強度達到90～120 MPa，彈性模量為100 GPa。李婷婷[55]以Al2O3、SiO2、Li2CO3、ZrO2為原料于1 350 ℃下燒結(jié)得到β-鋰輝石陶瓷，該陶瓷在900 ℃水淬條件下熱震循環(huán)15次后的殘余抗彎強度大于50 MPa，表現(xiàn)出良好的抗熱震性，這與鋰輝石具有較低的熱膨脹系數(shù)有關(guān)。

3.4 降低彈性模量

陶瓷材料的彈性模量隨氣孔率的增大而減小[56]，因此可以通過增大氣孔率來降低陶瓷材料的的彈性模量，但氣孔率增加又會導(dǎo)致陶瓷材料的抗彎強度降低，而平衡彈性模量與氣孔率之間的關(guān)系需要進行大量試驗[57]。SHEN等[58]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)熱震溫差為1 180 ℃時，多孔Si3N4陶瓷的抗彎強度保持率為23%，這是因為孔隙可以阻止裂紋擴展，改變裂紋擴展路徑，使得裂紋只能在相對較短的距離內(nèi)以靜態(tài)方式擴展。江濤等[59]研究發(fā)現(xiàn)，BN/B4C復(fù)相陶瓷具有較低的彈性模量和較高的抗彎強度，其抗熱震性優(yōu)于單相B4C陶瓷，臨界熱震溫差由300 ℃上升到500～600 ℃。

4 影響抗熱震性的外部因素

陶瓷材料的抗熱震性不僅與材料本身的力學(xué)性能(斷裂韌性、抗彎冷卻強度、彈性模量等)、導(dǎo)熱性能(熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率)、微觀結(jié)構(gòu)、物相組成等有關(guān)，還與試樣尺寸、冷卻介質(zhì)溫度、冷卻方式等外部因素相關(guān)[15]。

對于同一種陶瓷材料，試樣的厚度對其抗熱震性有重要影響，SHERMAN等[60]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Al2O3陶瓷試樣的厚度由6 mm降至1 mm時，抗熱震溫差由200 ℃升至270 ℃，這是因為在熱震試驗時厚度較小的試樣溫度可以較快達到平衡，由溫度差所造成的熱應(yīng)力較小。GLANDUS等[61]研究發(fā)現(xiàn)：對于體積較大的陶瓷試樣，隨著試樣體積的增大，陶瓷材料的臨界熱震溫差降低；而對于體積較小的試樣，臨界熱震溫差保持在180 ℃左右。但ZENG等[62]通過有限元與熱力學(xué)行為相結(jié)合的方法，發(fā)現(xiàn)試樣形狀對ZrB2陶瓷的抗熱震性無明顯影響。有限元計算結(jié)果受抗熱震理論模型和數(shù)學(xué)模型的直接影響，目前抗熱震理論的研究還極不完善，因此在利用有限元方法來預(yù)測材料的抗熱震性時還存在較多的問題。

LI等[63]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度在5～100 ℃范圍時，陶瓷材料的抗熱震性對冷卻介質(zhì)的溫度非常敏感，這與陶瓷材料的冷卻能力有關(guān)。李定玉[15]研究發(fā)現(xiàn)，與在縱向入水姿勢條件下的熱震試驗相比，在橫向入水姿勢條件下熱震試驗后，Al2O3陶瓷中產(chǎn)生的裂紋較少，平均殘余抗彎強度較高，臨界熱震溫差較高，抗熱震性能較好，這是因為縱向入水時先入水的部分將周邊水加熱，后入水部分入水淬火時周邊水更容易汽化，從而帶走較多的熱量，導(dǎo)致試樣與水之間的表面熱交換系數(shù)較大，因此試樣受到的熱震破壞更嚴(yán)重。

5 結(jié)束語

陶瓷材料的抗熱震性是衡量其使用性能的一項重要指標(biāo)。目前，陶瓷材料的抗熱震性理論主要包括熱應(yīng)力斷裂理論、熱沖擊損傷理論以及二者相結(jié)合得到的熱應(yīng)力裂紋穩(wěn)定性因子理論等?？篃嵴鹦缘谋碚鲄?shù)主要包括陶瓷材料熱震后的抗彎強度保持率和抗彎強度損失率以及臨界熱震溫差、R參數(shù)、彈性模量等。不同學(xué)者得到不同材料的抗彎強度保持率、臨界熱震溫差等表征范圍不一致，且難以真實反映高溫環(huán)境下熱沖擊對陶瓷材料力學(xué)性能的影響，因此開發(fā)準(zhǔn)確和簡便的表征方法是目前研究陶瓷材料抗熱震性急需解決的問題。提高陶瓷材料抗熱震性的方法主要包括補強增韌、提高熱導(dǎo)率、降低熱膨脹系數(shù)、降低彈性模量等，同時試樣尺寸、冷卻介質(zhì)溫度、溫度作用方式等外部因素也會影響陶瓷材料的抗熱震性。

隨著抗熱震評介理論的發(fā)展和新型陶瓷制備技術(shù)、設(shè)備的出現(xiàn)，高性能抗熱震陶瓷材料的設(shè)計將成為可能。近年來，為了提高陶瓷材料的抗熱震性，層狀陶瓷和梯度功能陶瓷的概念受到了越來越廣泛的關(guān)注。通過使陶瓷材料的組分和性能呈梯度變化，改變材料內(nèi)部的應(yīng)力分布，讓陶瓷層間的裂紋發(fā)生偏轉(zhuǎn)和分叉[64]，可以有效提高材料的抗熱震性能，因此層狀陶瓷和梯度功能陶瓷或?qū)⒊蔀槲磥淼难芯糠较颉?/p>