课件：材料性能学第章.ppt

7.4 热传导 * 7.4.1 材料的热传导 概念 当固体材料的两端存在温度差时，热量会从热端自动传向冷端，这种现象称为热传导。 傅立叶定律 当一块固体材料两端存在温差时，单位时间内流过的热量正比于温度梯度，即 式中，dQ/dt为热量迁移率；dT/dx为温度梯度；A为横截面面积；λ为热导率或或导热系数。 * 稳态热传导 在热传导过程中，各点温度维持不变。此时(7-23)可写为 非稳态热传导 热传导过程中，温度随时间变化，物体内单位面积上温度随时间的变化率为 上式表明，非稳态热传导时温度变化速率与材料的导热能力(λ)成正比，与贮热能力(体积热容ρCP)成反比。 * 在工程上，定义 为热扩散率或导温系数。 7.4.2 热传导的微观机理 * 热导率随温度的变化不是单调的，而是在某一临界温度出现极大值。 图7-17 纯铜热导率随温度的变化曲线 7.4.3 影响材料热传导性能的因素 温度 温度对热导率有重要影响。 * 成分 合金中加入杂质元素将使缺陷热阻增强，导热性下降。 基体金属的热导率越高，合金元素受到的影响越大。 杂质原子与晶格原子结构差异较大的元素，如Mn、Al和Si的加入对Fe的导热率影响较大。 杂质原子与晶格原子结构差异较小的元素，如Co和Ni的加入对Fe的导热率影响较小。 图7-18 杂质元素对铁基体热导率的影响 * 晶体结构 结构越复杂，热导率越小。 对于非晶等轴晶系的晶体，热导率也存在各向异性。 对于同一种材料，多晶体的热导率总比单晶体小；非晶态的热导率总比晶态的小。 * 复相材料的热导率 复相材料的热导率可按下式计算： 式中，λc、λd分别为连续相和分散相物质的热导率；φd为分散相的体积分数。 * 气孔 气孔为热的不良载体。材料中含有较多的气孔，将严重降低热导率，这一点对陶瓷材料很重要。 当温度不太高、气孔率不大、气孔尺寸较小且均匀分散在陶瓷介质中时，这样的气孔可视作分散相，但它的热导率与固体相比很小，可近似看作零(λd≈0)，则 式中， λs为固相的导热率；P为气孔的体积分数。 在不改变结构状态的情况下，气孔率的增大，总是使导热率降低，这就是多孔、泡沫硅酸盐、纤维制品、粉末和空心球状轻质陶瓷制品的保温原理。 * 在不改变结构状态的情况下，气孔率增大，总是使?降低。 图7-19 气孔率对Al2O3陶瓷热导率的影响 * 7.4.4 热导率的测量及应用 热导率的测量 导热系数的应用 * T4 T3 l 在τ时间内沿截面积 S 流过的热量： 导热系数测定仪示意图 导热系数测定仪测量原理图 热导率的测量 * 若低温端通水冷却，在τ时间内流出的冷却水质量为 m，比热为C ，其温度由流入时的 T3 升高到 T4 ，则： 联立上两式，可解出： 附：本章知识点基本要求 * 掌握热容的概念。 了解影响热膨胀性能的因素。 理解主要热分析方法。 §7.1 热容 * 掌握热膨胀的概念。 了解影响热膨胀性能的因素。 §7.2 热膨胀 §7.3 热传导 掌握热传导的概念。 了解影响热传导性能的因素。 THANK YOU SUCCESS * * 可编辑 * * * * DSC与DTA测定原理的不同 DSC是在控制温度变化情况下，以温度(或时间)为横坐标，以样品与参比物间温差为零所需供给的热量为纵坐标所得的扫描曲线。 DTA是测量?T-T 的关系，而DSC是保持?T= 0，测定?H-T的关系。两者最大的差别是DTA只能定性或半定量，而DSC的结果可用于定量分析。 为了弥补DTA定量性不良的缺陷，示差扫描量热仪(DSC)在1960年前后应运而生。 * DSC和DTA仪器装置相似，所不同的是在试样和参比物容器下装有两组补偿加热丝，当试样在加热过程中由于热效应与参比物之间出现温差ΔT时，通过差热放大电路和差动热量补偿放大器，使流入补偿电热丝的电流发生变化，当试样吸热时，补偿放大器使试样一边的电流立即增大；反之，当试样放热时则使参比物一边的电流增大，直到两边热量平衡，温差ΔT消失为止。换句话说，试样在热反应时发生的热量变化，由于及时输入电功率而得到补偿，所以实际记录的是试样和参比物下面两只电热补偿的热功率之差随时间t的变化的关系。 * 图7-9 示差扫描量热计的样品室 DSC的特点 △H－t曲线(DSC记录曲线)的热效应峰所含面积，原则上直接指示着潜热的大小。作为定量热分析，比DTA可靠。 可以在整个试验过程中，保持试样恒定的升温速度。即使在转变过程中，也能因差动功率的补偿作用，而维持这一条件。而在DTA技术中，却不可能做到这一点。 由于差动功率仅