材料的热学性能课件.pptVIP

陶瓷材料都是一些多晶體或幾種晶體加上玻璃相構成的複合體。若各向同性晶體構成多晶體，則膨脹係數與單晶體相同；若為各向異性，則導致熱膨脹係數的變化。分析多相陶瓷材料或複合材料的熱膨脹係數時應注意以下二點：(1)組成相中可能發生的相變，引起熱膨脹異常變化；(2)複合體內的微觀裂紋引起熱膨脹係數的滯後現象，特別是大晶粒樣品更應注意。 熱膨脹係數測試方法及應用熱膨脹的測量方法幹分表簡易膨脹儀千分錶簡易膨脹儀 光學膨脹儀 電測膨脹儀差動變壓器膨脹儀結構示意圖差動變壓器原理膨脹儀結構方框圖 膨脹法在材料研究中的應用測定鋼的臨界點；測定鋼的過冷奧氏體等溫轉變曲線；測定鋼的連續冷卻轉變曲線(ccT曲線)；研究快速升溫時金屬相變及合金時效動力學；研究晶體缺陷。 膨脹合金低膨脹合金低膨脹合金主要應用於儀器儀錶工業中，如應用於標準量尺、精密天平、標準電容、標準頻率計的諧振腔等。另外低膨脹合金也用於和高膨脹合金匹配製成熱雙金屬的熱敏元件。 廣泛使用的因瓦(我國牌號為4J36)和超因瓦合金(4J32和4J5)。在要求抗腐蝕條件下，不鏽因瓦(4J9)也有一定應用。 定膨脹合金定膨脹合金主要是在電真空技術中用來和玻璃、陶瓷等封接而構成電真空器件的結構材料，故定膨脹合金(即可伐合金)也稱封接合金。這類合金的主要特點是膨脹係數在一定溫度範圍內基本不變。並和被封接材料匹配。定膨脹合金性能與用途 熱雙金屬熱雙金屬是由兩層膨脹係數不同的合金片沿層間接觸面焊合而成的複合材料。高膨脹係數的合金層稱為主動層，低膨脹係數的合金層稱為被動層。在加熱時，由於兩層的膨脹係數不同，主動層伸長很多，於是雙金屬片就向被動層彎曲，從而把熱能簡單地轉換成機械能，產生一定的力或位移，因而可作為各種測量或控制儀錶的傳感元件，大量應用在工業和家用電器中。四、熱傳導4.1定義：當固體材料一端的溫度比另一端高時，熱量就會從熱端自動傳向冷端，這個現象稱為熱傳導。為x方向上的溫度梯度。△4.2熱傳導的微觀機理4.2.1熱傳導機制聲子機制光子機制電子機制4.2.1.1材料熱傳導的微觀機理氣體導熱——分子間直接碰撞；金屬導熱——自由電子間碰撞；固體導熱——晶格振動的格波＝聲子碰撞，並且格波分為聲頻支和光頻支兩類。 式中，稱為德拜比熱函數。同樣可得到，由上式可以得到如下的結論：（1）當溫度較高時，即，，即杜隆—珀替定律。（2）當溫度很低時，即，計算得這表明當T→0時，CV與T3成正比並趨於0，這就是德拜T3定律，它與實驗結果十分吻合，溫度越低，近似越好。金屬和合金的熱容 金屬與其他固體的重要差別之一是其內部有大量自由電子。討論金屬熱容，必須先認識自由電子對金屬熱容的貢獻。經典自由電子理論把自由電子對熱容的貢獻估計很很大，在數量級，並且與溫度無關。但實測電子對熱容的貢獻，常溫下只有此數值的l／100。用量子自由電子理論可以算出自由電子對熱容的貢獻。已證明電子的平均能量為，則電子摩爾熱容為，,z為金屬原子價數 以銅為例，計算其自由電子熱容為， 溫度很低時，則電子熱容與原子熱容之比為，金屬熱容需要同時考慮晶格振動和自由電子二部分對熱容貢獻，金屬熱容可寫成，上式兩邊同除以T，化的直線。右圖是根據實驗測得的金屬鉀熱容值繪製的圖形。 陶瓷材料一船是多晶多相系統，材料中的氣孔率對單位體積的熱容有影響。多孔材料因為品質輕，所以熱容小，故提高輕質隔熱材料的溫度所需的熱量遠低於緻密的耐火材料，因此週期加熱的窯爐盡可能選用多孔的矽藻土磚、泡沫剛玉等，以達到節能的目標。陶瓷材料的熱容 由於陶瓷材料主要由離子鍵和共價鍵組成，室溫下幾乎無自由電子，因此熱容與溫度關係更符合德拜模型。實驗證明，在較高溫度下（573K以上)，固體的摩爾熱容約等於構成該化合物各元素原子熱客的總和：相變對熱容的影響 材料在發生相變時，形成新相的熱效應大小與形成新相的形成熱有關。其一般規律是：以化合物相的形成熱最高，中間相形成熱居中，固溶體焓、自由能、熵、熱容隨溫度變化示意圖形成熱最小。在化合物中以形成穩定化合物的形成熱最高，反之形成熱低。根據熱力學函數相變前後的變化，相變可以分為一級相變和二級相變。