低温物理与技术-第3章的低温性质汇编.pptxVIP

第3章材料的低温物理性质低温测量系统示意图磁体－样品室PPMSProbe磁体中心温度计、加热器液氦流阻器3.1力学性质环氧树脂棉酚极限强度和屈服强度温度降低时，材料中原子的振动减弱。由于原子的热扰动的减弱，就需要更大的力才能将位错从合金中分开。因此，材料的极限强度和屈服强度将增大。（1）2024—T4铝；（2）铍青铜；（3）K蒙乃尔合金；（4）钛；（5）304不锈钢；（6）C1020碳钢；（7）9镍钢；(8）特氟隆（Teflon)；（9）Invar-36合金疲劳强度疲劳现象的产生是由于裂纹的产生和扩大。温度降低时，需要更大的应力才能使裂纹扩大，因此，材料的疲劳强度将增大。冲击强度一些材料会发生塑性脆性的转变，如碳钢在液氮温度附近冲击强度急剧下降。抗冲击性的表现好坏大部分取决于材料的晶体结构。面心立方晶格在低温下抗冲击性较好，体心立方晶格较差。少数材料，如一些玻璃钢材料，在低温下冲击强度会提高硬度和延展性脆性和塑性材料的分界是5%的伸长率或0.05cm/cm的应变。对低温下无塑脆性转变现象的材料，延展性随温度下降而上升。有低温塑脆性转变的材料，延展性在低温下会急剧下降，不能应用于低温。与极限强度一样，温度降低，金属材料硬度增大。弹性模量三种弹性模量：杨氏模量E，剪切模量G，体模量B。三者以泊松比相联系。弹性模量是原子和分子间作用力的体现，因此当温度下降时，弹性模量增大。各向同性材料的泊松比在低温范围内随温度变化很小。电磁性能：电导率将外部电场加在电导体上时,导体中的自由电子被迫沿电场方向运动。其运动受到金属晶格正离子和杂质原子的阻挡温度降低,离子的振动能量降低,对电子运动的干扰较小。因此,对金属导体,温度降低时电导率增大(电阻率减小)电阻率(1)铜，(2)银，(3)铁，(4)铝3.2电磁性质Partspermillion通过零点的直线和很小时才有关系’dc=dc，一般两者是不同的。交流磁化率实验磁场H=Hdc+Hac=Hdc+hcost磁化强度M=Mdc+Mac，或M=Mdc+mcos(t-)是角频率，角标dc指直流，ac指交流，h和m分别是交流外场和磁化强度的振幅，M的位相落后是磁滞所致。线性近似下，dMdHMac=mcoscost+msinsint磁化率也可以用复数来表示：次级线圈输出的瞬时电压为式中M1和M2分别是线圈1和线圈2的互感系数。热性能:热导率材料热传导的三种机理：1)电子运动：金属导体。2)晶格振动：固体。3)分子运动：有机物固体和各种气体。液体主要是分子振动能量传递，气体主要是平动（单原子）以及平动与转动（双原子）能量传递。由气体分子运动论，材料热导率的理论表达式3.3热传导固体热导率固体热导率液氮温度以上，纯金属热导率基本为定值；液氮温度以下，热导率与T-2成正比；达到一极值后，热导率随温度下降而下降。无序合金和不纯金属热导率随温度下降而下降，合金中无最大值现象。3.4辐射传热高真空绝热采用真空绝热即能消除传热的两个主要因素即固体导热和气体对流换热。两表面之间的辐射传热可由斯蒂芬—玻尔兹曼定律描述：对于低温容器，形状因子对于同心球体或圆柱体，系统黑度FeA1ε1T1A2ε2T2通过在冷热两表面之间间隔辐射屏(一般为高反射率的材料)可大大减少热辐射。高真空绝热中，内外容器壳体之间传热量Q可表示为：为辐射屏黑度k--绝热指数，M--气体分子量；P--残余气体压力或式中的a1,a2分别为气体分子在表面的温度适用系数a0为总的适用系数若冷表面积A1近似等于热表面积A2，则不同温度下几种气体的a值温度(K)氦气(He)氢气(H2)氖气(Ne)空气(Air)3000.290.290.660.8～0.9770.420.530.831.00200.590.971.001.0041.00///计算系数K(W/m2KPa)气体种类N2O2H2NeHe空气T1与T2的范围400K360K300～77K77～20K任意360KK101.1931.1183.9612.9862.1011.1143.5界面传热和卡皮查热阻LiquidHe-II/solid3.6传热的计算2cmindiameterwitha0.4mmwallthicknessandspansadistanceof1.5mbetweenthetopoftheshippingdewarandthesurfaceoftheliquidhelium.10pairsoftightlytwistedwires,eachwirehavingadiameterof0.127mmtwoadditionalquadcables(eightwirestotal)ofphosphor-bronzewire(#36AWGor~0.125mmdiameter)fo