第1章材料的热学性能.pptVIP

无机材料的热容图1.5不同温度下某些陶瓷材料的热容θD≈0.2-0.5T熔多数氧化物、碳化物，约1273K后，热熔为25J/（K·Mol）第25页，共73页，星期日，2025年，2月5日注意：无机材料的摩尔热容与材料结构关系不大；体积热容和材料结构中的气孔率密切相关。固体材料热容Cp与温度T的经验公式：Cp的单位为4.18J/(K.mol)多孔材料质量轻，体积热容小。例：硅藻土，泡沫刚玉等。第26页，共73页，星期日，2025年，2月5日实验证明，573K:ni为化合物中元素的原子数，Ci为化合物中元素i的摩尔热容。适用：1.大多数氧化物和硅酸盐化合物。2.多相复合材料，如下gi为材料中第i种组成的质量百分数，Ci为材料中第i种组成的比热容。第27页，共73页，星期日，2025年，2月5日金属和合金的热容Ⅰ区CV∝TⅡ区CV∝T3Ⅲ区CV3Rα和γ为热容系数，由低温热容实验测得。对于金属：其载流子主要是声子和电子。低温时有：第28页，共73页，星期日，2025年，2月5日关于金属热容的说明：一般情况下，常温时点阵振动贡献的热容远大于电子热容，只有在温度极低或极高时，电子热容才不能被忽略。对于过渡族金属，由于s层、d层、f层电子都会参与振动，对热容作出贡献，也就是说过渡族金属的电子热容贡献较大，因此，过渡族金属的定容热容远大于简单金属。第29页，共73页，星期日，2025年，2月5日2）合金的热容合金的摩尔热容可以由组元的摩尔热容按比例相加而得，即式中：X1，X2，…,Xn分别是组元所占的原子分数，C1，C2，…,Cn分别为各组元的摩尔热容，这就称为纽曼－柯普定律。说明：定律的普适性热处理对于合金在高温下的热容没有明显的影响第30页，共73页，星期日，2025年，2月5日3）组织转变对热容的影响对于一级相变：在相变点，热容发生突变，热容为无限大对于二级相变：比热也有变化，但为有限值第31页，共73页，星期日，2025年，2月5日1.3材料的热膨胀1.膨胀系数1）概念：用来描述温度变化时材料发生膨胀或收缩程度的物理量。假设物体原来的长度为，温度升高后长度的增加量为，实验得出式中：αl为线膨胀系数，即温度升高1K时，物体的相对伸长量。同理，物体体积随温度的增加可表示为式中：αV为体膨胀系数，相当于温度升高1K时物体体积相对增长值。第32页，共73页，星期日，2025年，2月5日如果物体是立方体，有对于各向异性的晶体，各晶轴方向的线膨胀系数不同，假设分别为αa,、αb、αc，则材料的热膨胀系数大小直接与热稳定性有关。一般愈小，材料热稳定性愈好。例如Si3N4的=2.7×10-6K-1，在陶瓷材料中是偏低的，因此热稳定性也好。第33页，共73页，星期日，2025年，2月5日1.3材料的热膨胀2.热膨胀本质1）唯象解释：热膨胀的本质为点阵结构中的质点间平均距离随温度的升高而增大。在质点平衡位置r0两侧：rr0斜率大，斥力随位移增大很快；rr0斜率小，引力随位移增加慢。因此，在一定温度下，平衡位置不在ro处，而是向右偏移，温度高，则偏移大；导致宏观上晶体膨胀。第34页，共73页，星期日，2025年，2月5日Curve势能一原子间距离曲线假想的实际的热膨胀现象解释第35页，共73页，星期日，2025年，2月5日1.3材料的热膨胀3.热膨胀与性能的关系1）热膨胀与结合能、熔点的关系：质点间的结合力越强，热膨胀系数越小，熔点越高。金属和无机非金属材料的线膨胀系数较小；聚合物材料则较大。2）热膨胀与温度、热容的关系平衡位置随温度的变化键强与热膨胀第36页，共73页，星期日，2025年，2月5日温度T越低，tanθ越小，则α越小，反之，温度T越高，则α越大。热膨胀系数与热容密切相关并有着相似的规律。第37页，共73页，星期日，2025年，2月5日1.4材料的导热性1.热传导宏观规律