高温材料
2023-04-20 23:39:06 0 举报AI智能生成
高温材料 思维导图 学习笔记
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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
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