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揭開熱震的神秘面紗：為何溫度急變會讓物質破裂？
熱震是一種現象，當物體迅速面對溫度變化時，會產生瞬間的機械載荷。這個載荷源於物體不同部分因溫度變化而產生的差異膨脹。一旦這類應變超過材料的拉伸強度，就可能形成裂縫，最終導致結構失效。
透過不同的方法，可以防止熱震的發生，包括逐漸改變溫度、提高材料的熱導率、減小材料的熱膨脹系數等。
熱震對材料的影響
例如，硼硅酸鹽玻璃因具有較好的耐熱震性能而聞名，這得益於它的低膨脹系數及高強度。在其類別中，熔融石英在這些方面超越了硼硅酸鹽玻璃。某些玻璃陶瓷材料中，恰當比例的負膨脹系數材料的添加，使得其整體膨脹系數在較大溫度範圍內可達到幾乎為零。
在最佳的熱機械材料中，氧化鋁、鋯、鎢合金、矽氮化物等表現出色。強化碳-碳材料由於石墨的高導熱性和低膨脹系數，使其對熱震具有極高的抵抗力。
測量熱震性能
測量熱震性能的方法中，衝擊激發技術展現了其良好的應用潛力。此技術可用於以無損方式測量材料的楊氏模量、剪切模量及阻尼系數，並隨著不同的熱震週期進行重測，從而繪製出材料物理性能的劣化圖。
熱震的耐受性
熱震的耐受性指標於快速溫度變化的應用場合中對材料的選擇至關重要。它通常以材料所能承受的最大溫度差>ΔT衡量。更高的熱導率有助於提升材料的熱震抗性，這樣的測試方法將對選材提供重要指導。
即使在poor heat transfer情況下，材料的熱導率、破壞強度和抗拉強度，也能為其提供必要的熱震抵抗能力。
熱震失敗的實例
熱震導致的失敗在日常生活中屢見不鮮。比如，將冰塊放入熱水中，外層迅速升溫但內部仍然寒冷，這種溫度差導致冰塊破裂。另一個例子是當熱燈泡被冷水潑濺時，玻璃可能會因熱震而裂開。
歷史上還有一些如在古埃及的金礦中，工人發現可以透過火加熱石頭後，用水急劇冷卻進行的破石技術，將熱震應用於實際作業。
測試過程中的挑戰
熱震測試通常涉及將產品暴露於低高溫交替的環境，迅速推進故障。適當的測試設備包括單一或多重腔室，方便快速轉移樣本而不影響其所受環境因素。
結論
熱震無疑是在各種材料和結構中必須考量的重要因素。隨著科技發展，我們對於材料性能與耐熱震性的理解也不斷深入。然而，在未來的材料科學創新中，我們是否可以找到更有效的方式來應對這一現象，使其不再影響我們的日常生活？
