第2章材料的热膨胀性能.pptVIP

第二章 材料的热膨胀性能;§2-1 热膨胀系数;二、体膨胀系数;§2-2 固体材料热膨胀机理;无论从位（势）能曲线或力的曲线，均可解释热膨胀现象。 由于温度升高，原子的热振动加剧，U上升，其平衡位置rro，并A~B轨迹变化，温度越高，偏离程度越大，从而引起材料的热膨胀。 结论：热膨胀来源于原子的非简谐振动;§2-3 热膨胀和其他物理性能的关系;热膨胀与熔点的关系：P234 图5.26 热膨胀与元素序数的关系：P234 图5.27 热膨胀与纯金属材料硬度的关系：P235 表5.7;二、热膨胀与热容的关系;cP(cV)~T曲线与α~T曲线极其相似，表明两者间的密切关系，当TΘD时，cP趋于定值，而α却连续升高。这是由于空位等缺陷的增加对热膨胀系数的贡献。 格留奈申从晶格振动的热容理论推导出立方晶系金属热膨胀系数和热熔间的关系式：;三、热膨胀与材料结构的关系;1、多型性转变的影响 属于一级相变，Δl或ΔV有突变，α产生明显变化，若相变为等温转变，则α在转变点趋近于无穷大。 2、有序—无序转变 属于二级相变，相变时体积无突变，但α在相变温度区间有变化。 ;3、磁性转变 属于二级相变，转变是在接近居里点的温度范围内进行，对于某些铁磁材料，在转变温度范围内，α会出现明显的尖峰。这是由于自发磁化过程中产生的体积磁致伸缩效应引起的，在居里点附近，这种效应自动消失，因而产生α突变。;四、合金化的影响;3、多相材料及复合材料 多相材料的膨胀系数取决于组成相的膨胀性能及组成相的体积相对量。并近似地符合直线相加定律： αA+B=αAVA+αBVB 若两相的膨胀性能差别特别大，则可用下式计算： αC=αm-A.Vd (αm-αd) 式中：αC--复合材料的膨胀系数， αm、αd --基体相和增强相的膨胀系数。Vd --增强相的体积百分数，A—与单性常数有关的常数。;对于多相（复合）材料，当组成相的膨胀系数相差较大时，在冷却和加热过程中，由于不能靠塑性变形来协调，则有可能产生内应力，这种微观内应力的存在，会对材料的热膨胀产生牵制作用。 若认为组成相为各向同性的，且微观内应力为正应力（拉、压），则有下列关系式：;对于复合体中不同相间或晶???的不同方向上膨胀系数差别很大时，则内应力甚至会发展到使坯体产生内裂纹。 由于微裂纹的存在，导致复合体出现热膨胀的滞后，或在较低温度下出现反常低的热膨胀系数。 例如：石墨：单晶垂直于C轴α=1×10-6K-1；平行于C轴α=27×10-6K-1 。而多晶体在较低温度下α=（1-3)×10-6K-1 。;五、材料设计中膨胀系数匹配性原则;工艺美术陶瓷：一般情况与上述日用陶瓷一致，但对于某些特殊陶瓷恰好相反。 复合材料：增强相与基体的膨胀系数一般相差较大，一般要对增强相进行表面预处理。预处理主要考虑：界面结合力、弹性匹配、膨胀系数匹配。 梯度功能材料：ZrO2+Mo 双金属控温装置、日光灯启辉器（双金属片）。;§2-5 热膨胀的测量（P244）;§2-6 膨胀法在材料研究中的应用（P247）;§2-4 膨胀合金(P254)