材料的热学性能.pptVIP

2、第二抗热应力断裂因子R2: 在无机材料中不会出现像理想急冷那样，瞬时产生最大应力，而要考虑散热等因素，使得滞后发生，且数值衰减。导出第二热应力断裂抵抗因子R2: 式中，R2的单位为J/(m·s), Kt为热导率。 3. 第三抗热应力断裂因子R3: 在一些实际应用场合中，往往要关心材料所允许的最大冷却（加热）的速率，对厚度为2rm的无限平板，在降温过程中，内外表面温度的变化允许的最大冷却速率为： a为材料的导温系数，a越大，愈有利于热稳定性。定义： 式中，ρ为材料密度（Kg/m3）,Cp为材料定压热容量 则有： 这是材料能经受得最大降温速率，陶瓷烧成时，不能超过此值，否则会发生制品炸裂。 适用于玻璃，陶瓷和电子陶瓷。 4、提高抗热冲击断裂性能的措施 具体措施（可用方程式解释）有： 1．提高材料强度 ，减小弹性模量E，使 提高。 2．提高材料的热导率 ，使 提高。 3．减小材料的热膨胀系数 。 4．减小表面热传递系数 h。 5．减小产品的有效厚度。 六、抗热冲击损伤性 抗热冲击断裂性，以强度—应力（strength-stress）理论为判据，认为材料中热应力达到抗张强度极限后，材料产生开裂、破坏。这适应于玻璃、陶瓷等无机材料。 抗热冲击损伤性，以应变能—断裂能（strain-fracture energy）为判据，认为在热应力作用下，裂纹产生，扩展以及蔓延的程度与材料积存有弹性应变能和裂纹扩展的断裂表面能有关。 当材料中积存的弹性应变能较小，则裂纹扩展的可能性就小，裂纹蔓延时断裂表面能需要小，则裂纹蔓延程度小，材料热稳定性就好。因此，抗热应力损伤正比于断裂表面能，反比于应变释放能。这样就提出了两个抗热应力损伤因子 和 。 热应力损伤与热应力断裂 R1，R2， R3，从避免裂纹产生来防止材料的热应力损伤破坏，适用于致密型的材料； R4，R5从阻止裂纹扩展来避免材料的热应力损伤破坏，适用于疏松性材料，可有意识的利用各向异性的热收缩而引入微裂纹，使得因材料表面撞击引起的尖锐初始裂纹钝化，从而提高材料的热稳定性，抵抗灾难性的热应力破坏。 七、实际材料的热稳定性 实际材料或制品的热稳定性，一般采用直接测定的方法。 有机高分子材料：其热稳定性较差，一般在200～400℃开始分解，所以允许的使用温度不高； 金属材料的热稳定性较好； 无机非金属材料：热导率λ中等，容易产生热应力断裂，熔点一般都很高，不易产生溶化或分解，允许的使用温度范围很宽，热稳定性较好。 八、影响抗热震性的因素（补充） 1 影响抗热震断裂性的主要因素 从R1和R2因子可以知道，它们所包含的材料性能指标主要是σ、E、α和λ： ① 强度σ ② 弹性模量E ③ 膨胀系数α ④ 导热率λ 2、影响抗热震损伤性的主要因素 ① 抗热应力损伤因子 、 ② 微观结构的影响 ③ 热膨胀系数α和导热率λ 通常的影响是与抗应力断裂性中的情况一致的。但是正如前述，各向异性的热膨胀在此有可能得以利用。又在短时间的热冲击情况下，可以允许有小的λ值，它使热应力主要分布在表层，对整个制品来讲还是安全的。 最后还必须指出，制品的形状、尺寸因素虽非材料的本质属性，但对制品的抗热震性有着重要影响，不良的结构会导致制品中严重的温度不均匀和应力集中，恶化抗热震性。而良好的结构设计又能有效地弥补材料性能的不足，因此在实际工作中这是必须注意的。 由于抗热震性问题的复杂性，至今还未能建立起一个十分完善的理论，因此任何试图改进材料抗热震性的措施，必须结合具体的使用要求和条件、综合考虑各种因素的影响。同时必须和实际经验相结合 本章小结 1、本章主要讲述了热力学与统计力学的一般概念、规律；材料热容的经验定律和经典理论，重点讲述了固体热容的量子理论、爱因斯坦模型；德拜模型，并简要讲述了金属材料、无机材料的热容的特点；材料热膨胀性的定义、热膨胀的微观机理、实际材料的热膨胀特点、热膨胀与其他性能的关系；热传导的基本概念和理论，重点讲述了材料热传导的微观机理，并对金属材料的热导率进行了分析，讨论了热导率的影响因素；材料的热稳定的表示方法和5个热应力因子。 1、能量分布函数的定义及物理意义；声子的概念； 2、固体热容的定义、表示方法、恒压热