材料热学性能(材料科学基础).pptVIP

热传导－基本的传递方式。它的机制主要可分为下列三种： A 自由电子的传导（金属） B 晶格振动的传导 (具有离子键和共价键的晶体) C 分子的传导（有机物等） 在固体中任一点上的热流量q正比于温度梯度 即: q＝? (d T / d X) 　　 　　 因此，若两平面保持T1和T2的温度, 则稳态热流量（与时间无关）为: 　　　　　q = ? A (T1 - T2)/d 式中 A 为平板面积, ? 为热导率, d为厚度 对一组相似的不同材料的平面板，传热速率正比于热导率。 若考虑瞬间的而不是稳态的热流（即非稳态），那么在固体中温度变化的速率为： ?=?/CP·? 式中?为热扩散系数，m2.s-1；CP为比热容；?为密度 当热流量以某速率流入到一个材料中时，温度上升的速度正比于? 而反比于单位体积的热容， ? CP 2. 热导率?(thermal conductivity) 定义：单位温度梯度下， 单位时间内通过单位垂直 面积上的热量, 是材料传输热量的速率的量度 Q/A = ?(d T / d X) ?的单位: J.s-1 .m-1.K-1 或 W. m-1.K-1 金属 ： ? 高 自由电子 无机非金属： ? 中等 晶格热振动 高分子 ?很小，0.1-0.4之间 3、比热容（CP）或CV 　　　材料对热量的吸收能力 热容（heat capacity)：在没有相变或化学反应的条件下，将一摩尔材料的温度升高一度所需的能量。单位为 J/mol·K。 若体积恒定，那么所吸收的热量等于内能的增量 等容热容：内能对于温度的曲线上的斜率 若物质处于恒压，所吸收的热量等于焓的增量： 等压热容：焓对于温度的曲线上的斜率 Cp总是大于Cv，除非绝对零度时 CP= CV=0 4-2-2 热膨胀性 （Thermal Expension) 1、热膨胀 材料的体积或长度随温度升高而增大的现象 原因：原子或分子的热运动, 与原子或分子在热能增加时平均振幅的增大有直接关系. 振幅随温度增高以后，必然导致原子平均间距的增加，这在宏观上的反映是材料体积和线尺寸的增加。 4-2-3耐热性 （Heat Resistance) 1、概念： 耐热性——指在受负荷下，材料失去其物理机械性能而发生永久变形的温度。 高分子材料 常温及中温条件下使用，目前连续使用温度未超过500?C，一般170?C。 钢——550?C； 合金——900?C； 石墨——3000?C。 陶瓷——2000?C。 材料的使用上限温度 (课本329页 表4-14) 4-2-4热稳定性 (thermal Stability) 1、表征方法 耐热性: 表征的是材料的热物理变化; 热稳定性: 指材料化学结合开始发生变化的温度. 起始分解温度（Td）：聚合物化学结合（结构）开始 发生变化的温度 常采用相对标准 （1）半分解温度 （2）热失重曲线（TG） 比较曲线 给定温度下的失重 给定失重的温度 （3）DSC和DTA：热焓的变化 4-2-5燃烧特性 Flammability 有机材料、有机聚合物（含C、H元素） 1、高分子材料引燃和燃烧 ignition and burning 燃烧：较高温度下物质与氧剧烈反应，并发出热和光的现象。 引燃过程：外部热源分解固体材料的表面层；产生可燃气化物，与空气混合——致燃烧 燃烧过程：材料不断热分解，始终在表面空气中燃烧，无残渣。 火焰的传播或延燃: 材料着火后, 产生的热量有可能使其周围的可燃物质或自身未燃部分受热而燃烧. 阻燃、自熄或不延燃：材料着火后其滋生的燃烧热不足以使未燃部分继续燃烧。 * 4－2 材料的热性能(thermal performance) 热导率 热物理性能： 比热容