课件：无机材料物理性能第讲资料.ppt

多晶和复合材料的热膨胀 无机材料都是多晶体或由几种晶体和玻璃相组成的复合体。 各向异性的多晶体或复合材料，由于其中各部分的α有所不同，而在烧成后的冷却过程中会产生内应力，而导致热膨胀。 THANK YOU SUCCESS * * 可编辑 陶瓷制品表面釉的膨胀 无限大的上釉陶瓷平板样品应力计算： 热膨胀性质的应用 1.陶瓷材料的坯、釉适应性： α釉略小于α坯， 制品强度高 如果：α釉α坯， 釉裂 如果：α釉《α坯， 釉层剥落 2. 陶瓷材料与其他材料复合： 例如：电子管中，陶瓷与金属封接等。 要求：1、陶瓷与焊料结合能； 2、与金属热膨胀系数接近。 热膨胀性质的应用 无机材料的热传导 定义 在材料中热量由高温区域向低温区域传递的现象就称为热传导。其能力用热导率(Thermalconductivity）λ来衡量。 无机材料的热传导 热流密度： 单位时间，通过单位横截面积的热流量。 无机材料的热传导 定义 λ即为导热系数，显然其物理含义是: 单位温度梯度下，单位时间内通过 单位垂直面积的热量。 稳定状态下 固体材料热传导的微观机理 思考： 气体中，可由分子的自由运动而传热；金属中则可由大量的自由电子的运动而传热；在无机非金属材料中，以什么样的机理传热？ 无机非金属材料中，主要是格波传热。 格波分声频支与光频支，它们在传热过程中所起的作用是不同的。 固体材料热传导的微观机理 微观机理 声子和声子导热 格波的传播看成是质点-声子的运动； 格波与物质的相互作用，则理解为声子和物质的碰撞； 格波在晶体中传播时遇到的散射，则理解为 声子同晶体质点的碰撞； 理想晶体中的热阻，则理解为声子与声子的碰撞。 晶体中，热传导的实质就是碰撞。 声频波的量子 光频波的量子 光子 声子 微观机理 固体热能传递 固体热能传递：声子+电子 λ= λ1 +λe λ1 ：声子热导率 λe ：电子热导率 微观机理 固体热能传递 λe ?λ1 λe：20~400 W/m.K; 导热、导电主要载流子均为电子。 魏德曼—费兰兹定律： 1.高纯金属热导率： L：洛伦兹常数 微观机理 固体热能传递 2.非金属热导率： λ1 ? λe 声子导热为主。传递过程中格波易受晶格散射，传递效率远低于金属：陶瓷、高聚物为热的不良导体。 一般：陶瓷：2~50 W/m.K 高聚物：0.3 W/m.K 无定形陶瓷、玻璃λ结晶陶瓷λ 影响导热导率的因素 温度的影响 显微结构的影响 化学组成的影响 气孔的影响 无机材料的热稳定性 热稳定性（抗热振性）： 材料承受温度的急剧变化（热冲击）而不致破坏的能力。 由于温度变化而引起的应力称为热应力。 抗热冲击断裂性 它是指在非正常热传导的急冷或急热的情况下，物体内温度梯度和冲击热应力促使材料失去延性而产生脆性破坏。相应的抵抗能力称为——。 抗热冲击损伤性 热损伤可导致材料的表面开裂、剥落并不断 发展，最终碎裂或变质。相应的抵抗能力称为——。 热稳定性的表示方法 1 . 一定规格的试样，加热到一定温度，然后立即置于室温的流动水中急冷，并逐次提高温度和重复急冷，直至观察到试样发生龟裂，则以产生龟裂的前一次加热温度0C表示。（日用瓷） 2 . 试样的一端加热到某一温度，并保温一定时间，然后置于一定温度的流动水中或在空气中一定时间，重复这样的操作，直至试样失重20%为止，以其操作次数n表示。 耐火材料 ： 1123K； 40min ； 283－293K； 3min（流水）或5－10min（空气） 3 . 试样加热到一定温度后，在水中急冷，然后测其抗折强度的损失率，作为热稳定性的指标。（高温结构材料）。 构件的热膨胀或收缩受到约束时造成应力; 相连接的两个构件存在温度差，构件间相互约束造成热应力; 构件存在温度梯度，其间各部分相互约束，钢化玻璃; 不同材料的组合和约束造成热应力。 热应力的产生 热应力的产生 L T0 L T L T ΔL L T0 T = 热应力的计算 薄板的热应力图 热应力的计算 解得： ( ) T 1 E z x D m - a = s = s 0 = D - ú ? ù ê ? é ? ? ? ? è ? + - = T E E E z y x x a s s m s e 0 = D - ú ? ù ê ? é ?