课件：第二讲热性能.ppt

* 化学组成：1)组成元素的相对原子质量越小，晶体的密度越小，弹性模量越大，德拜温度越高，其?越大；如金刚石?为1.7×10-2 W·m-1·K-1。2)固溶体的情况与金属固溶体的变化趋势相似。3)对氧化物和碳化物，阳离子的相对原子质量较小的，其?要大些，如BeO在氧化物陶瓷中具有最大的?。 缺陷和杂质：导致声子散射，使?变小；尤其是在低温下，杂质影响更甚。 复相：对陶瓷，其典型微观结构类型是分散的晶相分散在连续的玻璃相中，因此普通的瓷和黏土制品的?更接近玻璃相的? 。 气孔：属分散相特征。随气孔率的增大，?减小。如粉末、纤维和陶瓷、多孔泡沫硅酸盐等(保温作用)。 注：影响无机非金属材料?的因素很多，实际应用材料时需要测试。 2.16 热导率的测量与应用 测量方法：稳态法和非稳态法。由于试样的性质、形状、测试温度范围、加热方式以及测定传递热量的方法各不相同，又有许多不同的具体方法。 稳态法：该方法基于傅立叶定律。要求：在整个试验过程中，试样各点的温度保持不变，以使流过试样横截面的热量相等，以及冷却水有稳定的流速，然后利用测出的试样温度梯度及热流量，计算出材料的热导率。 * * 对圆柱体，根据傅立叶定律： 同时，根据冷却水的流量可知： 上式中，Q为热量或电功率，S为试样横截面积，L为试样长度 上式中，c为水的比热容，G为流速，t1,t2分别为进水温度和出水温度。 最难解决的问题：如何防止热损失。 非稳态法或动态法：利用非稳态导热微分方程，测量温度随时间的变化关系，直接得到热扩散系数，利用材料的已知密度和比热，求得热导率。 近来，由于测量技术的进步，非稳态法因测量时间短而得到大力发展。采用非稳态法测不良导体热导率在科研和生产中已有应用。 闪光法：采用圆形薄试样，其一面有一个脉冲型的热流加热，根据另一面温度随时间的变化关系，可确定法向热扩散率?，进而由公式? = ??c得到热导率?，其中c和?分别为材料的比热容和试样密度。 * 脉冲波形 温升响应 脉冲激光 温度检测元件 样品 * 热导率的应用 隔热耐火：选用气孔率高、导热系数低的多孔轻质材料； 核反应堆中的燃料元件：最高的使用温度与导热系数的大小有关； 航空、航天方面的应用：极端温度环境、燃料的低温存储及火箭头部的再入烧蚀等需准确直到材料的导热系数； 电子行业：CPU的散热片(大的有效散热面积，高的?和热容量)、导热介质(高导热低膨胀)；半导体电子器件高温下工作时应选用高?的衬底，如SiC,Si等； 材料热性能小结 热容(固体热容理论的特点与不足；德拜温度及物理意义；DTA和DSC的含义及应用) 热膨胀(固体热膨胀物理本质－双原子模型；如何用膨胀法测定相变转变量；膨胀的反常行为及实际意义) 热传导(非金属材料的导热微观机制并比较与气体、金属的导热区别；导热系数和导温系数的概念及工程应用；热导率的测试方法) 实验：DSC和电感法测量热膨胀系数 * 精品课件！ 精品课件！ 复习思考题 对金属而言，除了晶格热振动对热容的贡献外，还有 的贡献，尤其在低温下；温度引起固体热膨胀的主要原因是质点在平衡位置附近两侧受力 引起，从而造成相邻质点的平均距离增大，微观上晶胞参数增大；固体中热传导的载体有自由电子、声子，极高温下为 。 膨胀曲线与T T T的对应关系 * THANK YOU SUCCESS * * 可编辑 亚共析钢 * 温度加热到AC1时发生共析转变，即珠光体?奥氏体A，体积收缩；温度进一步身高时，铁素体F?奥氏体A，体积继续收缩，直到F全部转变为A(AC3)。此时，钢将以奥氏体的纯膨胀特性伸长。冷却相反。 过共析钢 * 二次渗碳体溶解和析出过程缓慢，故共析转变接近垂直变化。Acm和Arm两侧斜率不同，渗碳体不断向奥氏体溶解，使奥氏体含碳量减少，引起比容不断增加。 绝对膨胀 2）低碳钢的膨胀曲线 * 加热时，珠光体和铁素体向奥氏体的转变并不连续进行，中间出现非转变区间，即AC1K转变终了点和AC3H转变开始点分开，温度间隔可达80°C。其原因可能与C的扩散有关。 2.11 热膨胀测试方法及应用 由于理论和低温研究的需要，热膨胀测试在高灵敏(?l/l高达10-12)、高精度方面发展很快。 测量仪器大致可分为：机械放大、光学放大、电磁放大。 * （一）测试方法 机械放大-千分表简易膨胀仪 * 1：石英管 2：千分表 3：加热炉 4：冷却水套(防止电炉表面温度过高影响千分表2的测量精度) 5：热电偶 6：待测试样(与石英传动杆连在一起) 特点：直接测量，结构简单，成本低，具有一定的灵敏度； 缺点：需人工观察记录。 光学放大-光学膨胀仪 * 基本原理：利用光杠杆(11-三角形金属片，3个支点P1,P2,P3,P3固定)放大试样的膨胀量，并用标