课件：第六章材料的热学性能.ppt

* 因此，可用气体中热传导的概念处理声子热传导问题，晶体 热传导是声子碰撞的结果 气体热传导公式 C：气体容积热容； ：气体分子平均速度 l：气体分子平均自由程 由于声子的速度可以看成是仅与晶体的密度和弹 性力学性质有关，而与频率无关的参量。但热容 和平均自由程都是声子振动频率的函数 所以固体热导率的普遍形式为： 2：光子导热 因为固体具有能量，会辐射出频率较高的电磁波 电磁波的频谱为：波长：0.4-40μm；为可见光与部分红外光 可见光与红外光称为热射线，传递过程称为热辐射 由于在光频范围，可看成光子的导热过程 黑体单位容积的辐射能 σ：常数；n：折射率；vc：光速 辐射传热中容积热容相当于提高辐射温度所需的能量 辐射线在介质中的传播速度 辐射能的传导率 3：电子导热 由于电子导热可以看成自由电子的碰撞，同理可得电子的导 热率为： 总结： 1）对纯金属，电子导热是主要机制 2）在合金中，声子导热的作用加强 3）对半导体，声子导热与电子导热相仿 4）绝缘体，几乎只存在声子导热机制 5）光子导热只能在极高温度下存在 三：影响材料热传导性能的因素 1：温度对金属热导率的影响 Widemann-Franz定律（魏德曼－弗朗兹） 金属材料的电子热导率（λ）与电子电导率（σ）的比值与温度成正比 式中，k为波耳兹曼常数；e为电荷 金属以电子导热为主，热运动的原子和各种晶格缺陷会对电 子的运动形成阻力，因此阻力可以分解为晶格振动的热阻 （ωp）和杂质缺陷的热阻（ω0），同理电阻率也可以分为 两部份（ρp；ρ0） 在低温时：(缺陷） 在高温时：（振动） 在中温时： 一般来说 1）纯金属由于温度升高使平均自由程减小的作用超过温度的直接作用，因此纯金属的热导率一般随温度升高而降低 2）合金的热导率由于异类原子的存在，平均自由程受温度的影响相对减小，温度本身的影响起主导作用，因此导热率随温度的升高而升高 常见金属与合金热导率 随温度的变化 2：晶体结构的影响 晶体结构越复杂，晶格振动的非谐振性程度越大，格波受到的散射越大，声子平均自由程越小，热导率越低 对同一种材料，多晶体的热导率总是比单晶体小 非晶态材料的热导率较小；这是因为非晶态为近程有序结构，可以近似看成晶粒很小的晶体来考虑 3：化学成分的影响 合金中加入合金元素将提高残余热阻，使热导率降低 Masumoto给出了计算普通钢热导率的经验公式： 固溶体的形成降低热导率 当合金固溶体出现有序结构时，点阵的周期性增强，电子的平均自由程增大，热导率增加 4：复相材料的热导率 遵循以下公式 λc、λd分别为连续相和分散相的热导率 φd为分散相的体积分数 5：气孔的影响 气体是热的不良载体，如金属周围有气体包围（金属粉末材料）或内部有弥散的气体（金属烧结材料），都将降低材料的热导率 第四节 热分析方法 （1）差热分析 DTA (Differential Thermal Analysis) （2）差示扫描量热法 DSC (Differential Scanning Calorimetry) （3）热重法 TG (Thermal Gravimetry) （4）热膨胀分析 (见热膨胀部分) 依据 材料的温度、质量等参数的热效应与材料组织结构存在对应关系。 常用的有以下几种 物理性质 热分析技术名称 缩 写 质 量 热重法 TG 等压质量变化测定 逸出气检测 逸出气分析 EGD 放射热分析 EGA 热微粒分析 温 度 升温曲线测定 差热分析 DTA 热 量 差示扫描量热 DSC 尺 寸 热膨胀法 力学特性 热机械分析 TMA 动态热机械法 DMA 声学特性 热发声法 热传声法 光学特性 热光学法 电学特性 热电学法 磁学特性 热磁学法 国际 热分 析协 会（ICTA）将 热分 析分 为9类 17种。 示差热分析 DTA DTA仪器原理图 1－测量系统；2－加热炉；3－温度程序控制器；4－记录仪 1. 实例 亚共析钢（wc＝0.35％）示差热分析曲线 2. 实例 DTA吸热转变曲线 a－