摘要：温度冲击（Thermal Shock）是指材料或设备在短时间内经历极端温度骤变，导致材料内部产生剧烈的热应力，可能引发结构损伤、性能退化甚至失效破裂。这种现象在高精度制造、航空航天、电子元件、汽车工业以及特殊工业领域尤为关键，需要通过严格的温度冲击测试确保产品

温度冲击（Thermal Shock）是指材料或设备在短时间内经历极端温度骤变，导致材料内部产生剧烈的热应力，可能引发结构损伤、性能退化甚至失效破裂。这种现象在高精度制造、航空航天、电子元件、汽车工业以及特殊工业领域尤为关键，需要通过严格的温度冲击测试确保产品的耐久性与可靠性。

温度冲击的原理

温度冲击的本质在于温差诱导的非均匀热膨胀。当材料一侧突然暴露于高温或低温环境时，外层迅速膨胀或收缩，而内部却由于导热慢，保持原来的温度状态，从而产生巨大的温度梯度，导致热应力积聚。

这种应力表现为两种形式：

机械应力：材料各部位因膨胀不一致产生拉应力与压应力，易导致裂纹扩展、剥落、碎裂等物理破坏（Wu et al., 2020）。

材料性能退化：在高温与低温交替冲击下，材料的组织结构可能发生变化，如金属晶粒粗化、塑性降低、脆化，甚至陶瓷材料出现热裂纹（Zhang et al., 2021）。

温度冲击的影响

材料开裂与剥落

不同材料的热膨胀系数（CTE）差异明显，尤其在多层复合材料中，温度骤变会在层间界面产生高剪切力，导致界面分层或表层剥落。如陶瓷涂层在发动机叶片上的应用，如果未能承受温度冲击，很可能导致保护层脱落（Gao et al., 2019）。

电子元器件失效

微电子封装材料（如焊点、芯片封装树脂）在高低温快速交替时，因内部热膨胀不均匀，可能导致焊点断裂、BGA球体开裂、芯片层剥离，从而引发功能失效（Lee et al., 2020）。

光学与玻璃材料破碎

光学玻璃、镜片等材料的温度冲击性能极为关键。玻璃内部在短时间内因热膨胀不均匀，产生的内应力会使其从应力集中的缺陷处破裂，如汽车挡风玻璃在冬季淋上热水易破裂，正是温度冲击脆裂的典型表现（Li & Fang, 2018）。

金属疲劳与脆化

金属材料在经历反复的冷热冲击时，内部微观结构会发生变化，如相变、位错增殖等，导致热疲劳裂纹。如航空发动机叶片，在起飞与降落时承受极端温度波动，若未设计好耐冲击能力，容易产生疲劳断裂（Guan et al., 2020）。

温度冲击测试方法

为了评估产品的抗温度冲击能力，不同行业制定了相应的标准与试验方法，常见的测试规范包括：

IEC 60068-2-14：国际电工委员会针对电子元件的温度冲击测试标准，规定了温度变化的速率、保持时间、循环次数等参数。

MIL-STD-883：美国军用标准，主要用于半导体器件，评估其在温度冲击条件下的机械和电气性能变化。

GB/T 2423.22-2012：中国国家标准，规定了电子、电气设备在温度冲击环境中的试验方法。

测试设备通常包括冷热冲击箱，通过独立的高温区、低温区或快速切换区，实现短时间内的大温差切换，如**从-40℃到+150℃**的循环切换。

航空航天设备

航空发动机、卫星舱体结构需承受大气层内外急剧变化的温差（如从-70℃到+150℃），必须确保材料不出现断裂、剥落、变形等失效形式。

电子设备与半导体

尤其是军工、汽车电子、5G通信基站等领域的核心元件，需要经历温度冲击验证，以防止焊点开裂、芯片失效、封装层剥离等问题。

汽车工业

发动机零部件、车灯、电子控制模块等，需要确保在冬季寒冷环境启动或高温暴晒后突然降温时仍能稳定工作。

工业测量仪表

如液位计、压力传感器等设备，安装在高温工况或极寒环境中，必须确保探头、外壳材料能承受突发温差变化，防止探头脆裂、内部元件损坏。

计为音叉液位计耐高温280℃

结论

温度冲击是一种极具破坏性的环境应力，广泛存在于电子、航空航天、汽车、工业设备等领域。通过精确的温度冲击测试，可以提前暴露产品设计缺陷，优化材料选型和结构设计，提升产品在极端环境下的长期稳定性与可靠性。

在未来，高性能材料的研发，如高耐热陶瓷、纳米复合材料、新型柔性封装材料，将进一步提升设备的抗温度冲击能力，推动高端制造业向更高可靠性、更长寿命方向发展。

参考文献

Gao, J., Liu, P., & Wang, Y. (2019). Thermal shock behavior of thermal barrier coatings: A review. Ceramics International, 45(7), 8541-8555.

Guan, Y., Zhang, L., & Huang, R. (2020). Fatigue and fracture behavior of superalloys under thermal shock conditions. International Journal of Fatigue, 134, 105455.

Lee, C., Kim, J., & Park, S. (2020). Impact of thermal shock on BGA solder joint reliability. Microelectronics Reliability, 107, 113682.

Li, X., & Fang, Q. (2018). Thermal shock resistance of borosilicate glass for automotive applications. Journal of Non-Crystalline Solids, 500, 55-63.

Wu, Z., Ma, X., & Lin, J. (2020). The study of residual stress and crack propagation in composites under thermal shock. Composite Structures, 235, 111803.

Zhang, Y., Sun, J., & Wu, W. (2021). Microstructural evolution and thermal shock resistance of ZrO2-based ceramics. Journal of the European Ceramic Society, 41(5), 2849-2858.

来源：科学时代步