高溫材料與潛變

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?

  1. A約300 K
  2. B約21 K
  3. C約208 K
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正確答案:C. 約208 K

由傅立葉定律 q = kΔT/L,得 ΔT = qL/k = (1.0×10⁶ × 250×10⁻⁶)/1.2 ≈ 208 K。厚度僅0.25 mm左右的膜就能使金屬溫度降低約200 K,這就是熱障塗層的效果。鎳基超合金的潛變強度對溫度很敏感,因此這個溫差會大幅影響壽命與容許的氣體溫度。約300 K是不除以熱導率而乘上的值,約21 K是把厚度換算成小1個數量級的25 µm的值。熱導率越低、膜越厚,溫差越大,但膜加厚會因熱應力而容易剝離,因此厚度有其限度。

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