خواص حرارتی

 

خواص حرارتی:خواص فیزیکی که عدم کارایی مواد سرامیکی را تعیین می کنند اغلب بطور مستقیم به تغییرات دمایی مربوط می شوند.این ویژگی ها در مورد همه سرامیک ها حائز اهمیت است نه صرفا در مورد یک ماده خاص که در عایق های حرارتی کاربرد دارد ویا اینکه ویژگی مقاومت در برابر تنش حرارتی مناسب برای قطعه ای خاص لازم باشد بلکه در مورد کلیه مواد این ویژگی ها بحرانی می باشند.

 1- مقدمه

خواصی که دراین درس با آن سر وکار داریم عبارتند از:

ظرفیت گرمایی((Heat Capacity : مقدار انرژی حرارتی مورد نیا ز برای تغییر مرتبه یا سطح دمایی وضریب  انبساط حرارتی((Coefficient Of Thermal Expansion : تغییرات جزئی در حجم یا ابعاد خطی بر درجه

تغییرات دمایی وهدایت حرارتی  (Thermal Conductivity): مقدار حرارت یا گرمای منتقل شده از طریق بدنه بر واحد تغییرات دمایی.ظرفیت گرمایی وهدایت حرارتی سرعت تغییر دمایی در بدنه سرامیکی را در حین عملیات حرارتی فرایند ساخت و یا درحین کاربرد قطعه تعیین میکند.این دوویژگی در فیکس کردن مقاومت به تنش های حرارتی نقش اساسی دارند وهمچنین دماهای کاربردی وگرادیان های دمایی را تعیین می کنند.هدایت حرارتی کم برای ماده ای که بعنوان عایق حرارتی بکار می رودجزء ضروریات است.

انبساط های مختلف (افتراقی)تغییرات دمایی اجزاءمختلف بدنه های سرامیکی یا ساختارهای مختلف یک بدنه می تواند منجر به ایجاد تنش های حرارتی شوند. بسیاری از این مشکلات مرسوم مربوط می شود به  پیشرفت کامپوزیت های سرامیکی، پوشش های مناسب، لعاب ها وانامل ها و استفاده از سرامیک ها با سایر موادی که با تغییر دما تغییرات ابعادی در آنها حاصل می شود.

 سرامیک ها بدلیل تردی و هدایت حرارتی پایین مستعد برای شوک های حرارتی هستند، آنها زمانیکه در معرض گرادیان های حرارتی بزرگ قرار گیرند اغلب ترک دار می شوند. این مسائل دلیل این است که چرا نباید یک مایع خیلی داغ را به درون ظرف شیشه ریخت و یا آب سرد بر روی لوله سرامیکی داغ نباید ریخت چون سطح سریعا سرد شده و منقبض می شود  اگر تنش های حرارتی در بدنه های سرامیکی بحد کافی شدید باشند(بالاتر از استحکام آنها    )قطعا بدنه سرامیکی منهدم می شود و اگر کمتر از  باشند در انها ترک ایجاد   می شود .

تنش های حرارتی می تواند بدلیل عدم انطباق انقباض و انبساط های حرارتی در مواد چند فازه و تک کریستال های انیزوتروپ نیز حاصل شوند . تنش های حرارتی همواره در همه  سرامیک های پلی کریستالین با ساختار غیر مکعبی که تغییرات فازی را متحمل می شوند و یا در فازهای ثانویه با  مختلف نیز وجود دارند . این تنش ها می توانند در تشکیل میکروترک های پایدارموثر واقع شده و بشدت استحکام و تافنس شکست سرامیک ها را تحت نفوذ خود درآورد.


1-2- ضریب انبساط حرارتی :

تغییرات طولی و حجمی همراه با تغییرات دمایی برای بسیاری از کاربردها مهم هستند . در دمایی خاص ضریب انبساط حرارتی بصورت خطی و با رابطه زیر بیان می شود:

                                                                                        (4)                

و ضریب انبساط حجمی برابر است با:                 

                                                                            (5)                                 

بطور کلی این مقادیر تابعی از دما می باشند، اما برای یک محدوده دمایی خاص یک مقدار میانگین کافی است . یعنی اینکه                                               

                (6)        

1-3-ضریب هدایت حرارتی :

یکی از اهداف اصلی در کاربرد سرامیک ها عایق حرارتی و یا هادی حرارتی است . سودمندی هدایت حرارتی در مورد این کاربردها شدیدا توسط سرعت انتقال گرما تحت یک گرادیان دمایی ویژه فیکس می شود. رابطه اصلی برای هدایت حرارتی بصورت زیر است:

                                   

/ 0 نظر / 155 بازدید