5.3材料的导热性.pptVIP

质的声子平均自由程在所有温度范围内均接近为一常数。 3．化学组成的影响 质点的原子量愈小，密度愈小，杨氏模量愈大，德拜温度愈高，则热导率λ愈大。 晶体中存在的各种缺陷和杂质会导致声子的散射，降低声子的平均自由程，使热导率变小。 5.3.3.3 某些材料的热导率 通常低温时有较高热导率的材料，随着温度升高，热导率降低。而低热导率的材料正相反。前者如Al2O3, BeO和MgO等。 式中：T—热力学温度（K）；A—常数， 例如： =16.2， =18.8， =55.4。上式适用的温度范围，Al2O3和MgO是293～2073K，BeO是1273～2073K。 玻璃体的导热率随温度的升高而缓慢增大。高于773 K , 由于辐射传热的效应使导热率有较快的上升，其经验方程式： 式中： c,d 为常数 某些建筑材料，粘土质耐火砖以及保温砖等，其导热率随温度升高线性增大。一般的方程式是： 是0度时材料的导热率 , b是与材料性质有关的常数. 材料的导热性——热传导 一块材料温度不均匀或两个温度不同的物体互相接触，热量便会自动地从高温度区向低温度区传播，这种现象称为热传导。 气体靠分子间的直接碰撞来传递热量。 固体？ 导热的微观机制 5.3.3.1 热传导的微观机理（micro-mechanism） 气体导热——质点间直接碰撞；金属导热——自由电子间碰撞；固体导热——晶格振动（格波）＝声子碰撞，并且格波分为声频支和光频支两类。 5.3.3 无机非金属材料的热传导 根据量子理论、一个谐振子的能量是不连续的，能量的变化不能取任意值，而只能是最小能量单元——量子（quantum）的整数倍。一个量子所具有的能量为hv。晶格振动的能量同样是量子化的。声频支格波（acoustic frequency）—弹性波—声波（acoustic wave）—声子。把声频波的量子称为声子，其具有的能量为 hv=hω ，固体热传导公式： 式中，C＝声子体积热容，l＝声子平均自由程（mean free distance）， ＝声子平均速度（mean velocity）。 1. 声子和声子传导 2．光子热导（photon conductivity of heat） 固体中除了声子的热传导外，还有光子的热传导。其辐射能量与温度的四次方成正比，例如，黑体单位容积的辐射能 。 式中， ——斯蒂芬—波尔兹曼常数，n——折射率， ——光速。 由于辐射传热中，容积热容相当于提高辐射温度所需能量 同时 则： 式中，lr＝辐射线光子的平均自由程， ＝描述介质中这种辐射能的传递能力，取决于光子的平均自由程lr。对于无机材料只有在1500℃以上时，光子传导才是主要的。 5.3.3.2 影响热导率的因素 由于无机材料中热传导机构和过程是很复杂的，下面只定性讨论（qualitative analysis）热导率的主要因素： 1．温度（temperature） a. 在温度不太高的范围内，主要是声子传导 。 b. 热容C在低温下与T3成正比，所以λ也近似与T3成正比。 c. 声子平均自由程 l 随温度升高而降低。实验表明，低温下l 值的上限为晶粒的线度，高温下l 值的下限为晶格间距。 d. 例如Al2O3在低温40k处，λ值出现极大值，见图3.9。 2．显微结构的影响（micro-structure） （1）结晶构造的影响 声子传导与晶格振动的非谐性有关，晶体结构愈复杂，晶格振动的非谐性程度愈大，格波受到的散射愈大，因此，声子平均自由程较小，热导率较低，见图3.10。 （2）各向异性晶体的热导率 非等轴晶系的晶体热导率呈各向异性。温度升高，晶体结构总是趋于更好的对称。因此，不同方向的λ差异变小。 （3）多晶体与单晶体的热导率 由于多晶体中晶粒尺寸小、晶界多、缺陷多、杂质也多，声子更易受到散射，它的 l 小得多，因此 l小，故对于同一种物质，多晶体的热导率总是比单晶小。见图3.11。 （4）非晶体的热导率 非晶体导热系数曲线如图3.12。 ①