第六章 材料的热性能(1)..ppt

3 无机非金属材料的导热性 温度的影响 显微结构的影响 化学组成的影响 气孔的影响 温度的影响 温度较低时，主要是 声子传导 自由程则有随温度的升高而迅速降低的特点 高温时,λ则迅速降低， 在40K附近，出现极大值。当达到1600K时，由于辐射传热，λ又有所升高 热导率随温度的变化 显微结构的影响 几种不同晶型的无机材料热导率与温度的关系 晶体和非晶体材料的导热系数曲线 化学组成的影响 MgO-NiO的固溶体的热导率 §4 材料的热稳定性 抗热冲击断裂性：材料发生瞬时断裂； 抗热冲击损伤性：在热冲击循环作用下，材料的表面开裂、剥落、并不断发展，最终碎裂或变质。 一. 概念 1. 热稳定性（抗热振性）：材料承受温度的急剧变化（热冲击）而不致破坏的能力。 2. 热冲击损坏的类型： 二. 热稳定性的表示方法 1 . 一定规格的试样，加热到一定温度，然后立即置于室温的流动水中急冷，并逐次提高温度和重复急冷，直至观察到试样发生龟裂，则以产生龟裂的前一次加热温度℃表示。（日用瓷） 2 . 试样的一端加热到某一温度，并保温一定时间，然后置于一定温度的流动水中或在空气中一定时间，重复这样的操作，直至试样失重20%为止，以其操作次数n表示。 耐火材料 ： 1123K； 40min ； 283－293K； 3(5－!0)min 3 . 试样加热到一定温度后，在水中急冷，然后测其抗折强度的损失率，作为热稳定性的指标。（高温结构材料）。 三. 热应力的产生 热应力：由于温度变化而引起的应力 在复合体中，由于两种材料的热膨胀系数之间或结晶学方向有大的差别，形成应力，如果该应力过大，就可以在复合体中引起微裂纹。 在材料中存在微裂纹，测出的热膨胀系数出现滞后现象------ 膨胀系数低于单晶的膨胀系数。 例如：在一些TiO2组成物中，有此现象。 0 400 800 1200 温度（0C） 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 膨胀（%） 由于存在显微裂纹而引起的多晶的热膨胀滞后现象 热应力的来源 热膨胀或收缩引起的热应力 当物体固定在支座之间，或固定在不同膨胀系数的材料上，膨胀受到约束时，在物体内就形成应力------（显微应力）。 因温度梯度而产生的热应力 多相复合材料因各相膨胀系数不同而产生的热应力 200次热冲击循环后的样品界面形貌 四. 抗热冲击断裂性能 热应力引起的断裂破坏，还要涉及散热问题，因为这一个问题可缓解材料中的热应力，一般有如下规律: 热导率越高，传热越快，有利于热稳定; 传热途径(通道)短，易使材料中的温度均匀; 表面散热速率。该速率大，内外温差就大， 热应力就高， 就越不利于热稳定性。 表面热传递系数h—材料表面温度比周围环境温度高1K时在单位面积单位时间带走的热量。 五. 提高抗热冲击断裂性能的措施 提高应力强度σ，减小弹性模量E 提高材料的热导率 减小材料的膨胀系数 减少材料表面热传递系数 减小产品的有效厚度 * * * * 3） 测定钢的连续冷却转变曲线 4）研究快速升温时金属相变及合金时效 动力学 5）研究晶体缺陷 思考题 1 固体热容理论经历了哪些主要的发展阶段？每一阶段取得了哪些成就，又有哪些局限性？ 2 金属材料的热容由哪些部分构成？如何理解自由电子对热容的贡献？ 3 相变对材料的热容有何影响？ 4 何谓差热分析？比较亚共析钢和共析钢的差热分析曲线的差别。 5 试用双原子模型说明固体热膨胀的物理本质。 6 什么是膨胀的反常行为？如何解释？这一行为有什么实际意义？ 7 如何利用膨胀法确定钢的过冷奥氏体等温转变曲线？ 8 比较亚共析钢、共析钢、过共析钢的示差膨胀曲线的差别，并解释原因。 课后习题9 §3 材料的热传导与热稳定性 基本概念： 热传导 热导率（ κ ） 热扩散率（α） 基本规律： 傅立叶（Fourier）定律： 魏德曼-弗兰兹定律： 一 概念 热导率κ(Thermal Conductivity）： 1 稳定传热过程: 傅立叶（Fourier）定律： 热传导:材料中热量由高温向低温区域传递的现象。 单位温度梯度下，单位时间内通过单位垂直面积的热量。 κ为导热能力。 对于一个外界无热交换，本身又存在温度 梯度的物体，单位面积上的温度随时间的 变化率为: 定义 热扩散率： 2 不稳定传热过程: 热导率： κ 热容：Cv 热扩散率：α 魏德曼-弗兰兹定律：许多金属的热导率与 电导率之比与温度成正比： κ / σ = LT 二 固体材料热传导的微观机理 固体导热：电子导热，声子导热和光子导热。 金属：主要是电子导热