高溫材料與潛變
以三選一題目確認潛變曲線的3個階段、冪律潛變與擴散潛變、變形機構圖、Larson-Miller參數、鎳基超合金與單晶葉片、熱障塗層，以及高溫氧化與保護膜。
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高溫材料與潛變的重點
在超過熔點0.4倍左右的高溫下，即使負荷一定，變形也隨時間進行的潛變決定壽命。潛變曲線由過渡、穩態、加速3個階段構成，設計時使用穩態潛變速率。高應力下以伴隨差排攀移的冪律潛變為主，低應力下以擴散造成的擴散潛變為主，其區域可用變形機構圖整理。壽命的估算使用整合溫度與時間的Larson-Miller參數。
噴射引擎的渦輪葉片使用大量析出有序相γ'的鎳基超合金，並以沒有晶界的單晶葉片提高潛變強度。表面以熱導率低的氧化鋯熱障塗層覆蓋，降低金屬的溫度。在高溫氧化中，由膜中擴散決定成長的拋物線定律與Pilling-Bedworth比是保護性的參考，Cr₂O₃或Al₂O₃的緻密膜保護合金。
高溫材料與潛變的題目列表（15題）
- 關於在一定負荷與溫度下量測的潛變曲線（應變與時間的關係）的3個階段，下列敘述何者正確？
- 某耐熱合金的穩態潛變速率遵循冪律 ε̇ = Aσⁿexp(−Q/RT)，應力指數為 n = 5。在溫度不變下把應力提高20%，穩態潛變速率約變為幾倍？
- 某合金的穩態潛變速率遵循 ε̇ = Aσⁿexp(−Q/RT)，活化能為 Q = 300 kJ/mol。在應力不變下把溫度從1000 K提高到1050 K，穩態潛變速率約變為幾倍？設 R = 8.314 J/(mol·K)。
- 某細晶粒的多晶金屬，在熔點（絕對溫度）約0.5倍的溫度、低應力下進行潛變試驗。穩態潛變速率大致與應力成正比（應力指數 n ≈ 1），並大致與晶粒尺寸的3次方成反比。主要作用的潛變機制最適當者為下列何者？
- 關於Ashby等人的變形機構圖（縱軸為以剛性模數規格化的應力 σ/G，橫軸為同系溫度 T/Tm 的圖），下列敘述何者正確？Tm為熔點（絕對溫度）。
- 在室溫下細化晶粒會提高強度（霍爾-佩奇關係），但在高溫下長時間承受負荷的零件，卻常使用粗晶粒或單晶。其理由何者正確？
- 某耐熱合金在某應力下，於1000 K經1000 h而潛變破斷。設Larson-Miller參數 P = T(C + log₁₀t_r)（T為絕對溫度，t_r為破斷時間、單位為h，C = 20）在相同應力下為一定，要在相同應力下得到10⁵ h的破斷壽命，溫度最接近下列何者？
- 關於擔負鎳基超合金高溫強度的γ'相，下列敘述何者正確？
- 噴射引擎的渦輪葉片使用單向凝固的柱狀晶或單晶鎳基超合金，其理由何者正確？
- 在單晶鎳基超合金中添加數%錸（Re）等重元素的主要目的，下列何者正確？
- 某合金在高溫空氣中氧化，遵循由緻密氧化膜中的擴散決定速率的拋物線定律 x² = k_p t，100 h後膜厚為2.0 µm。在相同溫度下氧化900 h時的膜厚最接近下列何者？
- 以 PBR = (M_ox ρ_M)/(n M_M ρ_ox) 求金屬氧化膜的Pilling-Bedworth比（PBR，氧化物體積與形成它所用的金屬體積之比）（M為莫耳質量，ρ為密度，n為氧化物化學式1個中所含的金屬原子數）。對於鎂（24.31 g/mol、1.74 g/cm³）與 MgO（40.30 g/mol、3.58 g/cm³、n = 1），PBR與膜的性質的組合何者正確？
- 關於在超過1000℃的高溫空氣中使用的耐熱合金的保護膜，下列敘述何者正確？
- 關於施加在燃氣渦輪葉片上的熱障塗層（TBC）的構成，下列敘述何者正確？
- 1.0 MW/m²的熱通量沿厚度方向均勻通過熱障塗層的面層（厚度250 µm，熱導率1.2 W/(m·K)）。視為穩態的1維熱傳導，面層正反兩面的溫差最接近下列何者？