【絕緣板】理論

如果將材料強(qiáng)度合作破壞材料中原子間的結(jié)合力所需以推導(dǎo)出材料的理論強(qiáng)度

其中，E為那性很量1了為表面德為無應(yīng)力狀態(tài)下原子平衡同距，由上式可知，大部分無機(jī)理論強(qiáng)度間存在數(shù)量級上的差距。村料的理論強(qiáng)度可達(dá)10~15 GP.然面，除了部分品用和極確的年推外，材料的實(shí)際強(qiáng)度與

為了解釋這種差期 絕緣板提出廣著名的絕緣板微贊紋理論。絕緣板認(rèn)為，實(shí)際的精料中總是存在眾多的是紋或其他缺陷，當(dāng)材料受到外力時，缺店附近會產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力集中區(qū)城的實(shí)際應(yīng)力值遠(yuǎn)大于其他區(qū)域，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到. 定程度時，裂紋便開始擴(kuò)展，最終導(dǎo)致材料斷裂。

對于裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的條件絕緣板是從能量的角度來考慮的。

其中.Ou。是裂紋擴(kuò)展面導(dǎo)致的原先裂紋周圍區(qū)域彈性應(yīng)變能的釋收所引起的體系單位體積內(nèi)彈性勢能的降低，而an.則是裂紋打展后新產(chǎn)生表面所引起的單位體積內(nèi)表面能的增加。

經(jīng)過推導(dǎo)，可以得到Au的表達(dá)式，

對于典型的 絕緣板,E約為300 GPa.y約為2J/m'.若材料中存在長度2c=10 pm的裂紋，則臨界斷裂應(yīng)力ae僅約為280MPa;若欲使材料的斷裂應(yīng)力達(dá)到600MPa,則材料中的臨界裂紋長度2c￥僅能為2 μm。

對于金屬和非晶態(tài)聚合物這些延性材料，裂紋擴(kuò)展的過程中不光有新生表面帶來的體系表面能的增加，同時塑性變形也會消耗塑性功Yn，故以上兩式中的Y應(yīng)當(dāng)替換為(γ+y)。對于高強(qiáng)度金屬，Y-般遠(yuǎn)大于r(γ。≈10°y)。若E同樣為300 GPa的高強(qiáng)度鋼，y一10°γ=2 000 J/m*，則在同樣的臨界斷裂應(yīng)力σ≈280 MPa的條件下，可允許的最大裂紋長度2c達(dá)9 mm,比絕緣板允許的裂紋尺寸大了3個數(shù)量級?？梢姡^緣板在存在微觀裂紋的情況下即會發(fā)生低應(yīng)力斷裂，而塑性較好的金屬材料在存在宏觀裂紋時才會發(fā)生此種破壞。

 絕緣板的抗壓強(qiáng)度

盡管 絕緣板在拉伸載荷下十分脆弱,但它卻擁有良好的抗壓性能,這種差異與兩種載荷方式下材料中的應(yīng)力性質(zhì)及裂紋的萌生和擴(kuò)展方式有關(guān)。圖4-2展示了絕緣板在拉伸和壓縮試驗(yàn)下典型的應(yīng)力應(yīng)變行為。 如圖4-2所示，拉伸時,試樣的應(yīng)力應(yīng)變曲線與壓縮時的曲線重合，試樣經(jīng)歷較小的彈性變形即發(fā)生斷裂，而壓縮斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率則遠(yuǎn)大于拉伸載荷下的相應(yīng)值(通常,陶瓷的抗壓強(qiáng)度可達(dá)抗拉強(qiáng)度的9倍左右)。在壓縮載荷下，裂紋的擴(kuò)展路徑與加載方向大致同向,當(dāng)裂紋擴(kuò)展至材料表面時,試樣會發(fā)生剝落,造成應(yīng)力-應(yīng)變曲線后半段的波動。

 絕緣板的熱穩(wěn)定性和抗蠕變性良好，具有很高的使用溫度上限。典型的鎳基高溫合金的使用溫度上限為1 100 C左右，而某些陶瓷則可以在1 500 °C下使用。

抗熱震性是絕緣板在高溫下使用時需要考慮的問題。由于絕緣板固有的脆性，熱沖擊是材料發(fā)生破壞的重要原因之一。

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