Language
Country/Area
No result found
Đây là lý do tại sao kính bị nứt! Tìm hiểu cách sốc nhiệt phá hủy vật liệu
Trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, việc vỡ đồ thủy tinh thường rất bất ngờ và thường xảy ra vào những thời điểm không ngờ tới. Trong những trường hợp như vậy, hiện tượng vật lý sốc nhiệt thường là thủ phạm. Sốc nhiệt đề cập đến tải cơ học nhất thời của một vật thể ở nhiệt độ thay đổi nhanh chóng, dẫn đến sự khác biệt về độ giãn nở giữa các phần khác nhau của vật thể do thay đổi nhiệt độ. Khi biến dạng do sự thay đổi này gây ra vượt quá độ bền kéo của vật liệu, các vết nứt có thể phát triển, cuối cùng dẫn đến hư hỏng cấu trúc.
Sốc nhiệt thường được định nghĩa là sự thay đổi nhiệt độ mà vật liệu không thể thích ứng trong một khoảng thời gian ngắn. Trong trường hợp này, phải hiểu rõ mối quan hệ giữa biến dạng và ứng suất.
Sốc nhiệt là gì?
Sốc nhiệt được định nghĩa chủ yếu là sự thay đổi nhiệt độ nhanh chóng gây ra sự giãn nở và co lại không đều giữa các phần khác nhau của vật thể. Những thay đổi như vậy không chỉ gây ra ứng suất mà còn gây ra hư hỏng cấu trúc cục bộ, đây là nguyên nhân chính gây ra hư hỏng của nhiều vật liệu. Vì vậy, việc ngăn ngừa sốc nhiệt là yếu tố quan trọng cần cân nhắc khi thiết kế và sử dụng các loại vật liệu khác nhau.
Sốc nhiệt ảnh hưởng đến vật liệu như thế nào?
Ví dụ, thủy tinh chịu nhiệt, chẳng hạn như thủy tinh borosilicate, có khả năng chịu sốc nhiệt tốt hơn do hệ số giãn nở thấp hơn và độ bền cao hơn. Ngược lại, thạch anh nung chảy hoạt động tốt hơn ở những khía cạnh này. Một số vật liệu gốm thủy tinh, đặc biệt là hệ thống aluminosilicate lithium, kiểm soát tỷ lệ hệ số giãn nở âm trong vật liệu sao cho hệ số giãn nở tổng thể giảm xuống gần như bằng 0 trong một phạm vi nhiệt độ rộng. Loại vật liệu này có đặc tính cơ nhiệt vượt trội.
Thử nghiệm sốc nhiệt thường sử dụng kỹ thuật kích thích sốc, một phương pháp đo không phá hủy.
Biện pháp chống sốc nhiệt
Để ngăn ngừa sốc nhiệt một cách hiệu quả, có thể thực hiện các biện pháp sau trong quá trình thiết kế:
- Giảm thiểu độ dốc nhiệt bằng cách thay đổi nhiệt độ dần dần.
- Cải thiện tính dẫn nhiệt của vật liệu.
- Giảm hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu.
- Tăng cường độ bền của vật liệu.
- Tạo ứng suất nén, ví dụ như sử dụng kính cường lực.
Ví dụ về thử nghiệm sốc nhiệt
Trong các ứng dụng công nghiệp, thử nghiệm sốc nhiệt thường được sử dụng để đảm bảo độ ổn định của sản phẩm dưới sự thay đổi nhiệt độ khắc nghiệt. Ví dụ, một số hộp đựng bằng thủy tinh có thể trở nên giòn khi tiếp xúc với các chu kỳ ngắn của nhiệt độ cao và thấp và phương pháp thử nghiệm này thường được sử dụng để đánh giá độ bền của chúng. Trong các thử nghiệm này, các mẫu được đặt trong môi trường có sự chuyển đổi nhanh chóng giữa nhiệt độ cao và thấp, đôi khi ở tốc độ vượt quá 15°C mỗi phút.
Sự cố sốc nhiệt của vật liệu giòn
Vật liệu giòn thường dễ bị sốc nhiệt hơn, đặc biệt khi nhiệt độ thay đổi nhanh. Ví dụ, bếp sắt cũ có thể khiến vật liệu bị nứt nếu đun quá nóng rồi tráng bằng nước lạnh. Điều này là do bên ngoài vật liệu nguội đi nhanh chóng trong khi bên trong vẫn ở nhiệt độ cao, dẫn đến ứng suất không đồng đều.
Thử nghiệm sốc nhiệt được nhiều ngành công nghiệp sử dụng để cải thiện độ ổn định của sản phẩm và đảm bảo chúng duy trì tính nguyên vẹn trong các điều kiện khắc nghiệt.
Tóm tắt ảnh hưởng của sốc nhiệt và ý nghĩa của nó đối với việc lựa chọn vật liệu
Không thể bỏ qua tác động của sốc nhiệt, đặc biệt khi thiết kế và lựa chọn vật liệu. Việc chọn vật liệu có khả năng chống sốc nhiệt cao, chẳng hạn như một số loại kính và gốm sứ, có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và độ ổn định của sản phẩm. Khi khoa học vật liệu tiến bộ, nhiều vật liệu cải tiến hơn có thể giải quyết các thách thức về sốc nhiệt có thể được phát triển trong tương lai.
Khi lựa chọn vật liệu, chúng ta có cân nhắc đến tác động tiềm tàng của sốc nhiệt đối với hiệu suất của chúng không?
