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当材料中的弹性应变能较小，则裂纹扩展的可能性小；裂纹蔓延时需要的断裂表面能大，则裂纹蔓延困难，材料热稳定性就好. 抗热应力损伤正比于断裂表面能，反比于应变释放能. 第四热应力因子 第五热应力因子 断裂表面能（形成两个断裂表面） 用来比较具有相同断裂表面能的材料 用来比较具有不同断裂表面能的材料 根据 和 ，热稳定性好的材料具有低的σ和高的E，这与 和 的情况正好相反. 或 值高的材料抗热应力损伤性好 五.提高热稳定性的措施 提高抗热冲击断裂性能 σ↑，E↓ λ↑ α↓ h↓ 制品厚度（尺寸）↓ 提高抗热冲击损伤性能 σ↓ ，E↑ λ↑ α↓ h↓ 制品厚度（尺寸）↓ 适当的微裂纹 KZP 石英玻璃 堇青石瓷 CZP Si3N4 透锂长石瓷 锂质瓷 SiC AlN 莫来石瓷 日用瓷 90Al2O3瓷 99Al2O3瓷 MgO-MgAl2O4 ZrO2-Al2O3 FSZ PSZ PTC MgO 钡铁氧体 σ0：原弯曲强度，σ：热冲击后弯曲强度 Thermal Shock Resistance Index 李恺，硕士论文，南京工业大学，2012 六.应用实例 /2010/08/dont-try-this-at-home/ 练习题： 1、爱因斯坦热容模型解决了经典理论的什么问题？其本身又存在 什么问题？为什么会出现这样的问题？德拜模型是怎样解决爱 因斯坦模型的问题的？ 2、试用双原子模型说明固体热膨胀的物理本质. 3、晶体与非晶体导热系数随温度变化各有何规律？试分析造成二 者变化差异的原因. 4、无机非金属材料的抗热冲击性能分为几类？各类的理论基础和 破坏的判据分别是什么？要如何改善无机非金属材料的抗热冲 击性能? 第4章 无机材料的电导 Electrical conduction 本章内容 电导的物理现象 晶体中的电导 玻璃的电导 陶瓷的电导 半导体及超导体 二.电子式电导 1、能带理论 N=12 r E 能带 能带 能隙 r E r0 晶格常数 越外层的轨道对应的能带能量越高 能量越低的能带越窄，能量越高的能带越宽 主量子数相同的能带相距较近，主量子数不同的能带相距较远 原子距离越近，能级分裂得越宽，越外层轨道越明显 Na：1s22s22p63s1 1s 2s 2p 3s 未满带 Mg：1s22s22p63s2 1s 2s 2p 3s 满带 3p 空带 （价带） （导带） 仅有未满带内的电子参与导电！ （价带） 不同材料能带特点： 导体：价带未填满，或价带（满）与导带（空）部分重叠. 半导体与绝缘体：价带与导带间存在禁带（能隙）. 半导体Eg 2eV，绝缘体Eg 2eV Ec Ev Ef Ec Ev Ef 导体 价带 导带 禁带 Ec Ev 半导体、绝缘体 Eg ZrO2 Al2O3热膨胀系数：7~8×10-6/℃ ZrO2热膨胀系数：~10×10-6/℃ Al2O3 残余热应力增韧 Al2O3颗粒周围存在径向压应力，使裂纹倾向于在颗粒处被钉扎. 复合材料的热膨胀应用 低膨胀微晶玻璃 Pyroceram? 微晶玻璃的玻璃相（正α）基体中均匀分布着微小的晶粒（负α），总体膨胀系数很低. 2、坯-釉适应性（涂层与基体热匹配） 实际生产中，α釉略小于α坯为宜. 双金属温度计 利用不同金属间热膨胀差异 使双金属弯曲/扭曲. 六.应用实例 练习题： 1、晶体加热时，晶格膨胀会使得其理论密度减小. 例如，Cu在室 温（20℃）下密度为8.94g/cm3，待加热至1000℃时，其理论密 度值为多少？（不考虑热缺陷影响，Cu晶体从室温~1000℃的 线膨胀系数为17.0×10-6/℃） 2、利用热膨胀原理，将一根外径为10.00mm的钨棒与一根内径为 9.98mm的不锈钢环组装在一起. 将不锈钢环加热到一定温度后 取出，在室温（20℃）下迅速与钨棒组装. 为了保证能够组装， 至少应加热至多高温度？（钨的热膨胀系数取4.5×10-6/℃，不 锈钢的热膨胀系数取16.0×10-6/℃） 一.热传导的宏观规律 稳态传热过程（物体温度不随时间变化） 非稳态传热过程（物体温度随时间变化） 傅立叶定律 导热系数λ的物理意义：在单位温度梯度下，单位时间内 通过单位垂直面积的热量. 其单位为J/(m·K·s)或W/(m·K). 截面上各点的温度变化率 二