《第一章材料的热学性能》课件.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * 热分析技术的应用 测定并建立合金相图 实验基础：相平衡 热弹性马氏体相变的研究 能够较准确地测量马氏体相变过程中的温度信息 有序-无序转变的研究 以热效应判断有序-无序转变过程 钢中临界点分析 热效应与钢中含碳量有关 习题 1.1试阐述经典热容理论、爱因斯坦量子热容理论及德拜热容理论，并说出它们的不同之处。 1.5为什么导电性好的材料一般其导热性也好？ 1.6一级相变、二级相变对热容有什么影响？ 1.8何谓差热分析（DTA）法？差热分析法与普通热分析法有何不同？在DTA基础上发展起来的差示扫描量热（DSC）法与DTA有何不同？ 谢 谢 ！ * 说明：当体系处于一定状态时，其广度性质（与数量成正比）与强度性质都具有一定值，这些性质只取决于体系所处的状态，而与其过去的历史无关。热力学中把具有这种特性的物理量称为状态函数。 * β是微观弹性模量； * * * * * * * * * * * * * * * * 解释原因，结合晶格常数与声频波长的关系。 * * * * * * * * * * * * 1.4 材料的热传导 SiCp/Al功能梯度材料 挤塑聚苯乙烯保温板 什么是热传导？ 宏观规律：当固体材料一端的温度比另一端高时，热量会自动从热端传向冷端，这个现象称为热传导。 基本规律 傅里叶定律： 导热率λ：单位温度梯度下，单位时间内通过单位垂直面积的热量。 局限性：1. 不变；2. λ不变； 非稳定稳态热传导过程 ？ 稳态热传导过程 傅里叶定律 非稳定热传导过程 微元体内： 积存的净热流量 + 生成热 = 内能增量 一维： 热扩散率： 热传导的微观机理 晶格热振动 电子自由运动 声子导热 光子导热 固体导热 热传导过程：材料内部的能量传输过程 能量的载体：电子（德布罗意波） 声子（格波），声频波的量子 光子（电磁波） 金属：主要是电子导热为主， 合金/半导体：电子/声子导热， 绝缘体：声子导热 声子热传导：声子从高浓度到低浓度区域的 扩散过程。 热阻： 声子扩散过程中的各种散射。 热传导系数： 其中，c：声子比热容；v：声子传播速度；l：声子平均自由程。 声子和声子导热微观机理 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。 光子的导热： 光子在介质中的传播过程 的散射、衍射、吸收、反射和折射 热辐射： 热射线的传递过程 （可见光与部分近红外光的区域） 光子和光子导热微观机理 温度升高 晶格热振动能量升高 格波频率升高 光频支振动增强 光子传导明显 纯金属 a) 温度 例如：对于纯铜， 分为三个区 Ⅰ区 T增大，λ增大 Ⅱ区 T增大，λ不变 Ⅲ区 T增大，λ减小 铋，锑金属熔化时，热导率上升一倍，共价键减弱，金属键加强。 b)晶粒大小：晶粒粗大，热导率高 c)各向异性：立方晶系与晶向无关，非立方各向导性。 d)杂质：强烈影响 影响热导率的因素 铜合金的性能 Properties of copper alloy 材 料 组 成 热膨胀系数 ×10-6/℃ 热导率 W/(m·K) 电导率 IACS％ 纯铜 Cu 17.0 388-399 95-101 黄铜 Cu-Zn 18.1-19.8 29-60 30-57 锡青铜 Cu-Sn 17.5-19.1 12-20 9-18 铝青铜 Cu-Al 17.1-18.2 60-100 8-17 硅青铜 Cu-Si 16.1-18.5 37-104 10-28 锰青铜 Cu-Mn 20.4 108 6-16 白铜 Cu-Ni 17 130 20 合金 a) 无序固溶体：浓度增加，热导率减小，最小值一般在50%处。 b)有序固溶体：热导率提高，最大值对应于有序固溶体的成分。 c)钢中的合金元素，杂质及组织状态都影响其热导率。 奥氏体淬火马氏体 回火马氏体珠光体 无机非金属的热传导： 1） 传导机制：导热主要靠声子，还有光子导热。 2）热导率的影响因素：