愈来愈平缓。这一阶段通常 较短暂，其变化规律可用经 于第三阶 验公式表示如下： “第二阶段精变 盘==州C (1.35) 第一阶段频变 A为常数。低温时n=1,得 弹性伸长 a=Alnt (1.36) 时网2,05060 0100200300 高温时，=2/3，得 e=B-23 (1.37) 图1.16蠕变曲线 (3)第二阶段蠕变bc,也 叫稳态蠕变阶段。这一阶段 的特点是变速率儿乎保持不变。密=K(陪数)，所以 8女Kt (1.38) (4)第三阶段蠕变cd,也叫加速蠕变阶段。此段特点是应变率 随时间增加而增加，即蠕变曲线变陡，最后到d点断裂。 当外力和温度不同时，虽然蠕变 曲线仍保持上述几个阶段的特点，但 各段时间及倾斜程度将变化。图1.17 表示不同温度和应力下的蠕变变化规 律。 从图可以看出，当温度或应力较 低时，稳态蠕变阶段延长；当应力或温 度增加时，稳定态蠕变阶段缩短，甚至 不出现。外力对应变速率的影响很大， 可表示为 时间 i=Ko" (1,39）图117温度和应力对燥变 K为常数。为2一20。 曲线的影响 高温蠕变的理论现在还不很完 ·26·
善，下面介绍几个理论。 一、高温蠕变的位错运动理论 根据这种理论，无机材料中晶相的位错在低温下受到障碍难 以发生运动，在高温下原子热运动加剧，可以使位错从障碍中解放 出来，引起蠕变。由前面讨论过的式(1,36)一式(1.38)可知，当温 度增加时，位错运动的速度加快。除位错运动产生滑移外，位错攀 移也能产生宏观上的形变，攀移是位错运动的另一种形式，图 1.18为位错攀移示意图。 通过吸收空位，位 错可攀移到滑移面以 外，绕过障碍物，使滑移 面移位。攀移是通过扩 散进行的。由于晶体中 a (b) 存在过饱和的空位，多 图1.18位错攀移示意图 余的半片原子可以向空 位扩散。如果整个半片 原子扩散走了，位错就移出晶体之外。热运动有助于使位错从障碍 中解放出来，并使位错运动加速。当受阻碍较小，容易运动的位错 解放出来完成蠕变后，蠕变速率就会降低。这就解释了蠕变减速阶 段的特点。如果继续增加温度或延长时间，受阻碍较大的位错也能 进一步解放出来，引起最后的加速蠕变阶段。常温高应力下的金属 城变，多半由于位错运动所致。 二、扩散蠕变理论 这种理论认为高温下的编变现象和晶体中的扩散现象类似， 并且把蠕变过程看成是外力作用下沿应力作用方向扩散的一种形 式。当试件受拉时，受拉晶界的空位浓度c拉增加。 。274
c拉=(oexp(r2/T) (1.40) 式中，2为空位体积，。为平衡空位浓度。在受压晶界上，空位浓度 c状减小 r4=coexp(一r2/kT) (1.41) 这样，受拉晶界与受压晶界产 生了空位浓度差，受拉晶界的 空位向受压晶界迁移，同时，原 子朝相反方向扩散，导致沿受 拉方向伸长，发生形变，如图 1.19所示。 这种扩散可以是体扩散， 沿晶粒内部进行：也可以是晶 界扩散，沿晶粒间界进行。 Nabarro和Herring计算了沿晶 图1.19高温受力下品粒中 粒内部扩散的稳定态蠕变速 原子的扩散示意图 率： F三13.390u kTd (1.42) 式中，D:通过晶粒内部的体扩散率； d:晶粒直径： :波尔兹曼常数： T:绝对温度。 如果扩散沿晶界进行，则根据Coble的计算，蠕变率为： 6=4796Da d (1.43) 式中、：晶界宽度； D,:晶界扩散系数。 式(1.2)和(1.43)与扩散传质的烧结公式卜分相似 ·28·
在晶粒内部，各点的应力状态（或者说最大剪应力方向）不同、 不可能产生集中的位错塞积，而是产生高温下短程的位错运动的 迭加。每次位错运动均选择最优的滑移系统。所以在显徽尺度上， 看不出有规律的滑移线组，而是呈宏观塑性变形。 三、晶界端变理论 多晶陶瓷中存在着大量晶界，当晶界位向差大时，可以把晶界 看成是非晶体，因此在温 T/C 度较高时，晶界粘度迅速 140013251250 102g 下降，外力导致晶界粘滞 SAION。SiAION59) 流动，发生蠕变。 sNGs0 四、彩响蜗变的 因素 从上面分析可知，影 响城变的因素很多，主要 有： 1.温度 前面已提到温度升 高，蠕变增大。这是由于温 度升高，位错运动和晶界 错动加快，扩散系数增大， 1086066466610 这些都对蠕变有所贡 T/10'K 献。图1.20为SIAION及 S,N,的稳态蜗变率与温图1.20稳态蟠变速率和绝对温度倒数的 度的关系。 关系(SiA1ON59D和S1N,HS130-1的 试验在空气中进行：Hs130-2试验在 2.应力 敛气中进行。试验应力为69MPa,) 从图1·17及式 年29
(1.42)和(1.43)可知，蠕变随应力增加而增大.若对材料施加压应 力，则增加了缩变的阻力 3.显微结构的影响 蠕变是结构敏感的性能。气孔、晶粒尺寸、玻璃相等都对蠕变 有很大的影响。气孔的影 40000i 响可以从图1.21看出，随 楊变率为25×10 m/(mh)的应力 着气孔率增加，蠕变率也 10T 增大。这是因为气孔减少 了抵抗蝴变的有效截面 400 积。此外，当晶界粘性流动 起主要作用时，气孔的空 余体积可以容纳晶粒所发 生的形变。 关于晶粒尺寸的影 响，可以从式(1.42)和 100L 110 0010 20,30.403 (1.43)看出，晶粒愈小，蠕 气孔体积分数 变率愈大。这是因为晶粒 图12！气孔率对多品氧化铝蟠变的影响愈小，晶界的比例大大增 加，晶界扩散及品界流动对蠕变的贡献也就增大。从表1.3的数据 看出，尖晶石的晶粒尺寸为2一5um时，=26.3×10-5，当晶粒尺 寸为1-3mm时，=0.1×10-5，蠕变率减小很多。单晶没有晶界 因此，抗螨变的性能比多晶材料好。 玻璃相对蠕变的影响也很大。通常多晶陶瓷存在玻璃相。当 温度升高时，玻璃相的粘度降低，因而变形速率增大，亦即蠕变率 增大。从表1.3看出，非晶态玻璃的蠕变率比结晶态要大得多。玻 璃相对蠕变的影响还取决于玻璃相对晶相的湿润程度，这可用图 1.22说明。如果玻璃相不湿润晶相，如图1.22(a),则在晶界处为 晶粒与品粒结合，抵抗蜗变的性能就好，如果玻璃相完全湿润晶 。30