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[理学]无机材料物理化学第3章
无机材料物理性能
第三章无机材料
第三章无机材料
的热学性能
的热学性能
北京科技大学 材料科学与工程学院 无机非金属材料系
School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology Beijing
无机材料的热学性能
航天器从太空再入大气层时,速度可达10~28马赫,
与空气发生强烈挤压摩擦而产生气动热。航天飞机机
头鼻锥帽和机翼前缘亦可瞬间升温至1300~1650℃。
面对如此严酷的高温、热震、烧蚀和气动冲击等复杂
环境,无机非金属材料成为最佳的选择。
Ablator ceramic Thermal Soak Re-entry
2011/4/12 Wenbin CAO Dept. Inorg Nonmetallic Materials, USTB 2
无机材料的热学性能
升华
热容 热传导
熔化 无机材料的宏观、
微观本质
热膨胀
热稳定性
2011/4/12 Wenbin CAO Dept. Inorg Nonmetallic Materials, USTB 3
无机材料的晶格热振动
Structure of ZrO2 Structure of Diamond
各种热性能的物理本质:晶格热振动
(lattice heat vibration)。
晶体点阵中的质点(原子、离子) 总是围着
平衡位置作微小振动,称为晶格热振动。
晶格热振动是3维的,可根据空间力系分
Structure of Al O 解为三个方向的线性力系。
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2011/4/12 Wenbin CAO Dept. Inorg Nonmetallic Materials, USTB 4
无机材料的晶格热振动
设每个质点的质量为m ,任一时刻在x 方向位移为xn ,临近质点的
位移则为xn-1,xn+1,根据牛顿第二定律,质点的振动符合简谐振动方
程(simple harmonic vibration equation):
dx2
m ⋅ β(x +x −2x )
dt 2 n+1 n−1 n
式中:
β= 微观弹性模量( micro-elastic- modulus)
m= 质点质量(mass)
x= 质点在x 方向上位移(displacement)
热量就是该物体N个质点热运动时
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