课件：第八章-材料的热学性能.ppt

四、合金的导热性 组成元素的相对原子质量愈小，晶体密度愈小，弹性模量愈大，德拜温度愈高，氧化物或碳化物中阳离子的相对质量愈小，热导率愈大； 轻元素固体或结合能大的固体热导率大； 两金属组成固溶体，溶质组元越高，热导率越低，最小值在50%处； 当为固溶体时，热导率提高，最大值为有序固溶体化学成分； 钢中合金元素、杂质和组织影响热导率。钢中热导率由低到高排列是：奥氏体、淬火马氏体、回火马氏体、珠光体。 B A ? － ＋ 碰撞的物理本质是相互作用的过程,如下图。 材料 热导率/[4.18J(cm.s.K)-1] 材料 热导率/[4.18J(cm.s.K)-1] Al2O3 0.461 (?D=923K) C(石墨) 0.80 (?D=1970K) 石英玻璃 6?10-6 多晶石英 6?10-3 BeO 0.07(1475 ? F) NiO 0.006(1475 ? F) C(石墨) 0.80 C(金刚石) 5.54(结合能大) Al 0.57(轻元素) Si 0.36 Cu 0.96（组成元素相对原子质量小） 黄铜(CuZn) 0.53 一些材料在27?C的热导率 五、无机非金属材料的热传导机制 1）无机非金属材料主要通过声子导热。 2）晶格振动产生格波，格波分为声学波和光学波。 3）在温度不高时，光学波的能量较小，导热主要是声学波声子。热阻来自声子－声子碰撞和声子－点阵粒子的碰撞。 4）热传导过程是声子－声子碰撞的结果。 低温时，声子的波长比较长，易绕过缺陷，散射较小；温度升高，声子密度增大，自由程降低，声子在缺陷、杂质、相界面受到散射，自由程大大降低。 5 光子热导 固体中分子、原子的振动、转动等状态的改变会辐射频率较高的电磁波这类电磁波频谱较宽，其中波长在0.4~40 ?m间的可见光与部分红外光称为热辐射，又称光子的导热过程。 热辐射的辐射能与温度T的四次方成正比。 热导率与温度的立方成正比。 任何温度的物体即能辐射一定频率的射线，又能吸收来自外界的类似射线。温度较高的物体辐射的能量大，而吸收的能量小；而温度较低的物理吸收的能量大于辐射能，因此产生能量转移，即热量从高温向低温传递。 光子 T1 T2 THANK YOU SUCCESS * * 可编辑 c）金属熔化为一级相变。TM为金属熔点，在此温度下金属由固态变为液态，需要吸收热量，这部分热量为熔化热qM。 d）液态金属的焓比固态时高，因此液态的热容比固态热容高。 a）在较低温度时，随温度升高，热量缓慢增加，而后逐渐加快；到某一温度TM时，热量的增加是直线上升；高于这个温度，所需的热量的增加又逐渐缓慢。 b）一级相变发生在某一特定温度。 一级相变的特点： 2.二级相变 二级相变发生在一个有限温度范围。 发生二级相变时，其焓发生变化，但不是突变。 热容在转变温度附近也有剧烈变化，但为有限值。 这类转变包括磁性转变、有序－无序转变、超导转变。 T Cp T1 T2 六、热分析法 物理性质 热分析技术名称 缩写 质量 热重法 TG 温度 升温曲线测定 差热分析 DTA 热量 差示扫描热法 DSC 尺寸 热膨胀法 力学特性 热机械分析 动态热机械法 TMA DMA 1.差热分析法－DTA Differential thermal analysis 差热分析是在程序控制温度下，将被测材料与参比物在相同条件下加热或冷却，测量试样与参比物之间的温差随温度或时间的变化。参比样在整个测试范围内不发生分解、相变、破坏、也不参与化学反应，同时参比样的热容、热传导系数应该与试样接近。 2.差示扫描量热法－DSC  Differential scanning calorimetry 在程序控制温度下用差动方法测量加热或冷却过程中，在试样和标样的温度差保持为零时，所需补充的热量与温度和时间的关系。 THANK YOU SUCCESS * * 可编辑 3.热重法－thermogrivimetry 在程序控制温度下测量材料的质量与温度关系的一种分析技术，把试样的质量作为时间或温度的函数记录分析，得到的曲线称为热重曲线。 3.热分析法的应用 通过物质在加热或冷却过程中出现各种热效应，脱水、固态相变、熔化、凝固、分解、氧化、聚合等过程产生放热或吸热效应来进行物质鉴定，了解物质在不同温度的热量、质量等变化规律作为材料研究的重要手段。 例1： 研究有序－无序转变 铜锌合金成分为CuZn，形成体心立方点阵。此合金在低温时处于有序状态，随着温度增加，逐渐转变为无序状态，这种转变是一个吸热过程，属于二级相变。 Cp T 球磨80 h后不同WC含量的Ti66Nb13Cu8Ni6.8Al6.2非晶粉末的DSC