材料的热学性能.pptx

第八章 材料的热学性能 (Thermology properties of materials) ;2;定义：由于材料及其制品都是在一定的温度环境下使用的，在使用过程中，将对不同的温度做出反映，表现出不同的热物理性能，这些热物理性能称为材料的热学性能。;材料热性能研究的意义;1.热膨胀的利用;2.热膨胀的避免;复合玻璃纤维板（保温材料）;4.热传导材料;9;10;格波：晶格中的所有原子以相同频率振动而形成的波，或某一个原子在平衡位置附近的振动是以波的形式在晶体中传播形成的波。 ;12; 声频支可以看成是相邻原子具有相同的振动方向。由于两种原子的质量不同，振幅也不同，所以两原子间会有相对运动。 光频支可以看成相邻原子振动方向相反，形成一个范围很小，频率很高的振动。 ;如果振动着的质点中包含频率甚低的格波，质点彼此之间的位相差不大，则格波类似于弹性体中的应变波，称为“声频支振动”。 格波中频率甚高的振动波，质点彼此之间的位相差很大，邻近质点的运动几乎相反时，频率往往在红外光区，称为“光频支振动”。 ;15;;8. 1 材料的热容(Heat capacity of materials);18;19;20;21;22;普通物理：气体分子的动能;24;所以固体摩尔热容;一些元素的室温摩尔热容量实验值;低温下杜隆－珀替定律同样不适用;28;29;30;;32;33;34;若角频率分布可用函数?(?)表示，则在?和?+d?之间的格波数为?(?)d?，固体的平均能量为;2. 爱因斯坦模型;晶格热振动的摩尔热容;38;39;;3. 德拜(Debye)热容模型;将?(?)代入积分式，得：;则有;当N=N0，得摩尔热容;其中b为常数，此式即德拜三次方定律。;46;铝 ;德拜模型的优点与不足;4. 德拜温度;由?D可算出?大致在1013s-1数量级——红外光区。;如果认为在熔点Tm原子振幅大到足以使晶格破坏，此时有;52;元素;8.1.3 实际材料的热容 (Heat capacity of actual materials);自由电子对热容的贡献;所以1摩尔原子中的电子对热容的贡献为;低温下的金属热容;以实验的CmV/T对T2作图，可得出b和?的实验值，与理论值比较可验证理论的正确性。;金属的实际热容;2. 合金的热容;几种陶瓷的热容－温度曲线;8. 1. 4 热分析法(Thermoanalysis methods);一级相变有相变潜热，二级相变有热容变化。分析焓变确定热容和相变潜热，是研究相变的有效方法。; （1）差热分析 DTA (Differential Thermal Analysis) （2）差示扫描量热法 DSC (Differential Scanning Calorimetry) （3）热重法 TG (Thermal Gravimetry) （4）热膨胀分析 (见热膨胀部分);A2温度有明显的热容变化，是二级相变（磁性转变）;热分析是在程序控制温度下测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。;物理性质;差热分析 DTA;差热分析的特征和影响因素;一、定性分析 DTA定性分析，就是通过实验获得DTA曲线，根据曲线上吸、放热峰的形状、数量、特征温度点的温度值，即曲线上特定形态来鉴定分析试样及其热特性。所以，获得DTA曲线后，要清楚有关热效应与物理化学变化的联系，再掌握一些纯的或典型物质的DTA曲线，便可进行定性分析。;二、定量分析 一般是采用精确测定峰面积或峰高的办法，然后以各种形式确定矿物在混合物中的含量。 1） 定量基本公式： ΔH=K·A A=K·m 2） 图表法 3） 单矿物标准法 4） 面积比法;2 差示扫描量热法 DSC;3 热重法（TG）;74;8. 2 材料的热传导(Thermal conductivity of materials);76;8. 2. 1 热传导的宏观现象(Macro characters of thermal conductivity);热传导：材料中的热量自动从热端传向冷端的现象;79;80;导温系数;8. 2. 2 热传导的机理(Mechanism of thermal conductivity);83;84;高温处，热振动强烈，通过声子碰撞使邻近低温处振动加强，发生热量传递。;声子从一端带到另一端的热量为;所以;2 电子导热;3 光子导热;90;91;对于介质中辐射传热过程可以定性解释为： 任何温度下的物体既