材料物理性能答案PPT学习教案

1、会计学1 材料物理性能答案材料物理性能答案PPT课件课件 材料物理性能材料的热性能 热学性能：包括热容、热膨胀、热传导 等，是材料的重要物理性能之一。它在材料 科学的相变研究中有着重要的理论意义；在 工程技术包括高技术工程中也占有重要位置。 第1页/共87页 材料物理性能材料的热性能 固体热容理论与固体的晶格振动有关。现代研究确认，晶格振动是在弹性范围内原子的不断交替聚拢和分离。这种运动具有波的形式，称之为晶格波(又称点阵波)。 晶格振动的能量是量子化的。点阵波的能量量子称为声子。晶体热振动就是热激发声子。 根据原子热振动的特点，从理论上阐明了热容的物理本质，并建立了热容随温度变化的定量关系，

2、其发展过程是从经典热容理论杜隆珀替定律经爱因斯坦的量子热容理论到较为完善的德拜量子热容理论，以及其后对德拜热容理论的完善发展。 第2页/共87页 材料物理性能材料的热性能 在热力学里，我们已经知道，固体的定容比热定义为： V V E C T 此处E是固体的平均内能 一般情况下，固体的内能当然包括晶格振动能量和电子运功的能量，在不同温度T，晶格振动能量及电子运动能量的变化都对比热有贡献。当温度不太低时，电子对比热的贡献远比晶格的贡献小，一般可以略去。 第3页/共87页 根据经典理论，每一个自由度的平均能量是 其中 是平均动能， 是平均势能； 是玻耳兹曼常数。 若固体有N个原子，则总平均能能量，

3、材料物理性能材料的热性能 kT 1 2 kT 1 2 kT 则摩尔原子比热为： k 3ENkT 324.9 / V V E CNkJK mol T 在高温时，这条定律和实验符合得很好，但在低温时，实验指出绝缘体的比热按 趋近于零，对导体来说，比热按 趋近于零。 3 T T 第4页/共87页 材料物理性能材料的热性能 根据量子理论，晶格振动的能量是量子化的。即频率为 的振动能量为： k 1 2 n En 其中 代表零振动能，对比热没有贡献，略去不计。 1 2 n En 根据玻尔兹曼分布，具有能量为 的谐振子数目正比于 n E expexp n En kTkT 第5页/共87页 材料物理性能材料的

4、热性能 那么，温度为T，振动频率为 的谐振子的平均能量为： 0 0 exp exp n n n n n kT E n kT 令， x kT exp/1 n E kT 第6页/共87页 材料物理性能材料的热性能 由于晶体中有N个原子，每个原子有3个自由度，因此晶体有3N个正则频率，则平均能量应为： 33 11 exp/1 NN i i ii i EE kT 如果频率分布可以用一个积分函数表示，上式的累加号变为积分形式。 0 3 m dN 设 表示角频率在 和 之间的格波数，而且 d d 则平均能量可以写成， 0 exp/1 m Ed kT 第7页/共87页 材料物理性能材料的热性能 而比热可写成

5、， 2 2 0 exp/ exp/1 m V V kTE Ckd TkT kT 由此可见，用量子理论求比热时，问题的关键在于如何求角频率的分布函数 。 对于具体的晶体， 的计算非常复杂。 一般讨论时，就常采用简化的爱因斯坦模型及德拜模型。 第8页/共87页 材料物理性能材料的热性能 爱因斯坦模型： 假设晶体中所有的原子都以相同的频率振动。 2 2 exp/ 3 exp/1 3 V V E kTE CNk TkT kT Nkf kT 所以，晶体的平均能量： 3 exp/1 i i EN kT 2 2 exp/ exp/1 E kT f kTkT kT 式中，称为爱因斯坦比热函数。 第9页/共87

6、页 材料物理性能材料的热性能 通常，用爱因斯坦温度 代替频率 ，定义： E E k 2 2 exp/ 3 exp/1 E E V E T CNk T T 当温度比较高时， 22 2 2 exp/1 exp/1exp/2exp/2 1 22 E EEE E EE T TTT T TT 3 V CNk 这与杜隆珀替定律一致。 第10页/共87页 材料物理性能材料的热性能 当温度非常低时， ，则 exp/1kT 2 3exp V CNk kTkT 但是在极低温度时，实验表明，比热和 成正比，而上式得到的比热值则比 更快地趋近于零，和实验结果有很大差别。 3 T 3 T 第11页/共87页 材料物理性

7、能材料的热性能 德拜关于固体比热的模型的主要特点是：把布喇菲晶格看作是各向同性的连续介质，即把格波看作是弹性波，并且还假定纵的和横的弹性波的波速相等，都是 。 p v 3 23 3 2 p N V dd v 角频率在 和 之间的格波数为， d 第12页/共87页 材料物理性能材料的热性能 2 4 / 2 0 exp 9 exp1 3 D T V D D D x xT CNkTdx x Nkf T 3 3 / 0 9 1 D T x D Tx dx ENkT e 2 4 / 2 0 exp 3 exp1 D T D D D x x dxT f T x 式中，称为德拜比热函数。 同样可得到， 第1

8、3页/共87页 由上式可以得到如下的结论： （1）当温度较高时，即， ， 即杜隆珀替定律。 （2）当温度很低时，即 ，计算得 这表明当T0时，CV与T3成正比并趋于0，这就是德拜T3定 律，它与实验结果十分吻合，温度越低，近似越好。 D T 3 4 )( 5 12 D V TNk C D TRNkC V 33 第14页/共87页 材料物理性能材料的热性能 金属与其他固体的重要差别之一是其内部有大量自由电子。讨论金属热容，必须先认识自由电子对金属热容的贡献。 经典自由电子理论把自由电子对热容的贡献估计很很大，在 数量级，并且与温度无关。但实测电子对热容的贡献，常温下只有此数值的l100。用量子自

9、由电子理论可以算出自由电子对热容的贡献。 2 0 2 0 12 1 F FF E kT EE 已证明电子的平均能量为， 3 2 k 则电子摩尔热容为， ,z为金属原子价数 第15页/共87页 材料物理性能材料的热性能 以铜为例，计算其自由电子热容为， 第16页/共87页 材料物理性能材料的热性能 温度很低时，则电子热容与原子热容之比为， 金属热容需要同时考虑晶格振动和自由电子二部分对热容贡献，金属热容可写成， 上式两边同除以T， 化的直线。右图是根据实验测得的金属钾热容值 绘制的图形。 第17页/共87页 材料物理性能材料的热性能 第18页/共87页 陶瓷材料一船是多晶多相系统，材料中的气孔率

10、对单位体积的热容有影响。多孔材料因为质量轻，所以热容小，故提高轻质隔热材料的温度所需的热量远低于致密的耐火材料，因此周期加热的窑炉尽可能选用多孔的硅藻土砖、泡沫刚玉等，以达到节能的目标。 材料物理性能材料的热性能 由于陶瓷材料主要由离子键和共价键组成，室温下几乎无自由电子，因此热容与温度关系更符合德拜模型。 实验证明，在较高温度下（573K以上)，固体的摩尔热容约等于构成该化合物各元素原子热客的总和： 第19页/共87页 材料物理性能材料的热性能 材料在发生相变时，形成新相的热效应大小与形成新相的形成热有关。其一般规律是：以化合物相的形成热最高，中间相形成热居中，固溶体 焓、自由能、熵、热容随

11、温度变化示意图 形成热最小。在化合物中以形成稳定化合物的形成热最高，反之形成热低。根据热力学函数相变前后的变化，相变可以分为一级相变和二级相变。 热力学分析已证明，发生一级相变 时，除有体积突变外，还伴随相变潜 热发生。由右图 (a)可见一级相变时 热力学函数变化的特点，即在相变温 度下，焓 (H)发生突变，热容为无限 大。 一级相变 第20页/共87页 材料物理性能材料的热性能 金属熔化时，温度和焓的关系如由右图所示，在较低温度时，随温度升高，热量缓慢增加，其后逐渐加快，到某一温度Tm时，热量的增加几乎是宣线上升。在高于这个温度之后，所需热量的增加又变得缓慢。Tm为金属熔点，在此温度下金属由

12、固态变成液态，需要吸收部分热量，这部分 热量即为熔化热。如将液态金属的焓变化曲线和固态金属的焓变化曲线相比较，可发现液态金属比固态(晶体)金属的焓高，因此可以说液态金属的热容比固态热容大。 第21页/共87页 材料物理性能材料的热性能 陶瓷材料发生一级相变时，材料的热容会发生不连续突变，如右图所示。 第22页/共87页 材料物理性能材料的热性能 二级相变 这类转变大都发生在一个有限的温度范围。发生二级相变时，其焓也发生变化，但不像一级相变那样发生突变；其热容在转变温度附近也有剧烈变化，但为有限值。这类相变包括磁性转变、部分材料中的有序一无序转变(有人认为部分转变可属于一级相变)、超导转变等。

13、右图所示为CuCl2在24K时磁性转变。 第23页/共87页 材料物理性能材料的热性能 纯铁在加热时也会发生磁性转变如右图中的转变点，对热容的影响比较显著。 第24页/共87页 材料物理性能材料的热性能 焓和热容是研究合金相变过程中重要的参数。研究焓和温度的关系，可以确定热容的变化和相变潜热。量热和热分析就是建立在热测量及温度测量基础上的。热容测量在物理学中测定的方法主要是量热计法，在普通物理学中已介绍过。在金属学研究中常用的主要是撒克司(Sykes)和史密斯(Smith)法。它们测定金属比热容是以电加热为基础。 现代常用的热分析方法。在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一种技术。

14、根据国际热分析协会(ICTA)的分类，热分析方法共分为九类十七种，见下表所列。由表可知，它们是把温度(或热)测量与其他物理性质测定结合起来的分析方法。 第25页/共87页 材料物理性能材料的热性能 热分析方法的分类 第26页/共87页 材料物理性能材料的热性能 差热分析(DTA) 差热分析是在程序控制温度下，测量处于同一条件下样品与参比物的温度差和温度关系的一种技术。 参比物：又称为标准试样，往往是稳定的物质，其导热、比热容等物理性质与试样相近，但在应用的试验温度内不发生组织结构变化。 试样和参比物在相同的条件下加热和冷却。试样和参比物之间的温差通常用对接的两支热电偶进行测定。热电偶的两个接点

15、分别与盛装试样和参比物坩锅底部接触，或者分别直接插入试样和参比物中。测得的温差电动势经放大后由xY记录仪 直接把试样和参比物之间的温差记录下来。 第27页/共87页 材料物理性能材料的热性能 第28页/共87页 材料物理性能材料的热性能 差示扫描量热法(DSC-Differential Scanning Calorimetry) 根据测量方法不同，示差扫描量热器分为功率补偿型和热流型。 第29页/共87页 功率补偿型DSC原理图及DSC分析曲线见下图所示。 其主要特点是试样和参比物分别具有独立的加热器和传感器。通过加热调整试样的加热功率使试样和参比物的温度为零。 材料物理性能材料的热性能 这样

16、可以从补偿的功率直接计算热流率。 第30页/共87页 材料物理性能材料的热性能 q 热膨胀性能的微观机制 固体材料热膨胀本质归结为点阵结构中的质点间平均距离随温度升高而增大。 双原子相互作用势能曲线 由于热运动，两个原于的相互位置在不断变化。令它离开平衡位置的位移为x，则两个原子间的距离为： 双原子模型： 温度为0K时，原于处于平衡位： 0 rr 0 rrx 两个原子间的势能是两个原子间距r的函数： 0 00 23 23 0 23 11 2!3! r rr dUd Ud U U rU rxxx drdrdr 第31页/共87页 材料物理性能材料的热性能 23 0 U rU rcxgx 0 00

17、 23 23 23 11 0, 2!3! r rr dUd Ud U xcxg drdrdr 令 势能为： 第32页/共87页 材料物理性能材料的热性能 23 0 U rU rcxgx 双原子相互作用势能曲线 根据玻尔兹曼统计，由上式可以算出其平均位移： 2 3 4 gkT x c 随着温度增加，原子偏离0K的振动中心距增大，物体宏观上膨胀了。 第33页/共87页 材料物理性能材料的热性能 q 材料的热膨胀系数 热膨胀系数的计算 定义：温度区间 试样长度变化值为 ， 21 lll 21 TTT 则平均线膨胀系数为， 1 l lT 热膨胀曲线示意图 T dl ldT 温度为T时，材料的真线膨胀系

18、数为： 平均体膨胀系数为， 1 V VT 第34页/共87页 材料物理性能材料的热性能 热膨胀是固体材料受热以后晶格振动加剧而引起的容积膨胀，而晶格振动的激化就是热运动能量的增大。升高温度时能量的增量比率也就是热容，所以热膨胀系数显然与热容关系密切。 热膨胀系数与其他物理量的关系 格律乃森从晶格振动理论导出金属体膨胀系数与热容间存在的关系式为， V r c K V 格律乃森常数 ，是表示原子非线性振动的物理量。 1.52.5r 格律乃森还提出了固态的体热膨胀极限方程。指出一般纯金属由温度0K加热到熔点 ，膨胀量为6。 0 0 0.06 M T VV V M T 物体熔点愈低，则物质的膨胀系数愈

19、大 第35页/共87页 材料物理性能材料的热性能 膨胀系数和金属熔点 有一定联系，其经验公式为： M T M Tb 对大多数立方晶格和六方品格金属，常数 0.060.076b 熔点与膨胀系数倒数的关系 第36页/共87页 材料物理性能材料的热性能 热膨胀系数的影响因素 1)合金成分和相变 组成合金的溶质元素及含量对合金的热膨胀的影响极为明显； 不同溶质元素对纯铁 的影响连续固溶体膨胀系数与合金无素含量的关系 第37页/共87页 材料物理性能材料的热性能 对于大多数合金来说，如合金形成均一的单相固溶体，则合金的膨胀系数一般是介于组元的膨胀系数之间，符合相加律的规律。 当金属和合金发生一级或二级相

20、变时，其膨胀量和膨胀系数都会发生变化。 相变膨胀量与膨胀系数变化示意图 纯铁加热时比容变化曲线 第38页/共87页 材料物理性能材料的热性能 属于二级相变的有序一无序转变，在其相变点处膨胀系数曲线上有拐点。 当冷却时合金发生有序转变，由于有序合金原子间结合力增强的结果，膨胀系数也稍有降低。 第39页/共87页 材料物理性能材料的热性能 2)晶体缺陷 热缺陷的明显影响是在温度接近熔点时，由下面的公式可以找到空位引起的热膨胀系数变化值： 2 exp QQ B TkT 由空位引起的晶体附加体积变化可写成关系式： 0 exp Q VBV kT 第40页/共87页 材料物理性能材料的热性能 3)晶体各向

21、异性 对于结构对称性较低的金属或其他晶体，其热膨胀系数有各向异性。一般说来弹性模量较高的方向将有较小的膨胀系数，反之亦然。 一些各向异性晶体的主膨胀系数 第41页/共87页 材料物理性能材料的热性能 4)铁磁性转变 对于铁磁性金属和合金如铁、钴、镍及其某些合金，膨胀系数随温度变化，在正常的膨胀曲线上出现附加的膨胀峰，这些变化称为反常膨胀。其中镍和钻的热膨胀峰向上为正，称为正反常；而铁的热膨胀峰向下为负，称为负反常。铁镍合金也具有负反常的膨胀特性。 铁、钴、镍磁性转变区的膨胀曲线 Fe-35%Ni合金负反常膨胀曲线 第42页/共87页 材料物理性能材料的热性能 q 多晶体和复合材料的热膨胀系数

22、钢的热膨胀特性 第43页/共87页 材料物理性能材料的热性能 多相及复合材料的热膨胀系数 多相合金若是机械混合物，则膨胀系数介于这些相膨胀系数之间，近似符合直线规律，故可根据各相所占的体积分数 按相加方法粗略地估计多相合金的膨胀系数。 例如合金具有二相组织，当其弹性模量比较接近时，其合金的膨胀系数为： 若其二相弹性模量相差较大，则按下式计算： 1122 111222 1122 EE EE 总的说来，多相合金中热膨胀系数对组织分布状况不敏感，主要由合金相的性质及含量决定。 第44页/共87页 材料物理性能材料的热性能 陶瓷材料都是一些多晶体或几种晶体加上玻璃相构成的复合体。若各向同性晶体构成多晶

23、体，则膨胀系数与单晶体相同；若为各向异性，则导致热膨胀系数的变化。 分析多相陶瓷材料或复合材料的热膨胀系数时应注意以下二点： (1)组成相中可能发生的相变，引起热膨胀异常变化； (2)复合体内的微观裂纹引起热膨胀系数的滞后现象，特别是大晶粒样品更应注意。 第45页/共87页 材料物理性能材料的热性能 q 热膨胀系数测试方法及应用 热膨胀的测量方法 干分表简易膨胀仪 1)千分表简易膨胀仪 第46页/共87页 材料物理性能材料的热性能 2)光学膨胀仪 第47页/共87页 材料物理性能材料的热性能 3)电测膨胀仪 差动变压器膨胀仪结构示意图 差动变压器原理 膨胀仪结构方框图 第48页/共87页 材料

24、物理性能材料的热性能 膨胀法在材料研究中的应用 1)测定钢的临界点； 2)测定钢的过冷奥氏体等温转变曲线； 3)测定钢的连续冷却转变曲线(ccT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。 第49页/共87页 材料物理性能材料的热性能 q 膨胀合金 低膨胀合金 低膨胀合金主要应用于仪器仪表工业中，如应用于标准量尺、精密天平、标准电容、标准频率计的谐振腔等。另外低膨胀合金也用于和高膨胀合金匹配制成热双金属的热敏元件。 第50页/共87页 材料物理性能材料的热性能 广泛使用的因瓦(我国牌号为4J36)和超因瓦合金(4J32和4J5)。在要求抗腐蚀条件下，不锈因瓦(4J

25、9)也有一定应用。 第51页/共87页 材料物理性能材料的热性能 定膨胀合金 定膨胀合金主要是在电真空技术中用来和玻璃、陶瓷等封接而构成电真空器件的结构材料，故定膨胀合金(即可伐合金)也称封接合金。这类合金的主要特点是膨胀系数在一定温度范围内基本不变。并和被封接材料匹配。 定膨胀合金性能与用途 第52页/共87页 材料物理性能材料的热性能 热双金属 热双金属是由两层膨胀系数不同的合金片沿层间接触面焊合而成的复合材料。高膨胀系数的合金层称为主动层，低膨胀系数的合金层称为被动层。在加热时，由于两层的膨胀系数不同，主动层伸长很多，于是双金属片就向被动层弯曲，从而把热能简单地转换成机械能，产生一定的力

26、或位移，因而可作为各种测量或控制仪表的传感元件，大量应用在工业和家用电器中。 第53页/共87页 dT St dx 四 热传导 （1）导热系数 傅立叶定律： Q- 定义为导热系数或热导率,只在一定的温度梯度下， 单位时间内通过单位垂直面积的热量 。 l l l =DD 4.1 4.1 定义：当固体材料一端的温度比另一端高时，热量就会从定义：当固体材料一端的温度比另一端高时，热量就会从 热端自动传向冷端，这个现象称为热传导。热端自动传向冷端，这个现象称为热传导。 dx dT 为x方向上的温度梯度。 第54页/共87页 dT dx dT dx （a） 的符号，即方向与坐标系有关， 负号表明传热方向

27、总与方向相反。 （b） 只适用于稳定传热的情况 第55页/共87页 22 22 2 2 2 TCC D C xx T xxxx S t xx xxT x S tx （2）导温系数 导温定律： 扩散第二定律： T tt Q Q（x）- Q（ +） Q（x）- Q（ +） t l l l * 抖抖 = 抖抖 抖 D= -D =D D D 抖 D = D D D 2 22 22 22 22 0 C TTTT x S txtdc x t dc TTT tdc xx ，即 令，则有： ， 将 定义为导温系数(d为密度，c为恒压 容) 热 l l l tt l DD = D D DD D 抖 = = 抖

28、第56页/共87页 （a）导热系数 ：物质传导热的能力 （b）导温系数 ：物质温度变化时各部分温度趋于一致的能力 对于同样的加热或冷却条件，不同的 导致不同的温度分布， 越大，温度分布越均匀。 l t t t （3）物理意义： 第57页/共87页 TV RR I V I （4）热阻R 热阻定义 电阻定义 T：导热体两端温度差 ：导电体两端电势差 ： 流过导热体的热量 ： 流过导电体的电流 热阻物理意义就是热量传递所受的阻力，与热传导微观机制有关 f f * DD = DD 第58页/共87页 热量是由电子运动、质点振动、热辐射所传递引起的。 热传导机制相应地分为三种： 声子机制、光子机制、电子

29、机制 4.2.1 4.2.1 热传导机制热传导机制 声子机制声子机制 光子机制光子机制 电子机制电子机制 第59页/共87页 第60页/共87页 （1）声频振动引起的 声子是声频波的能量子，因此能量为h 格波的散射：可看成声子与晶格质点的碰撞 热传导热阻：可看成声子与声子之间的碰撞， 与气体通过分子碰撞过程类似。 声子热导 热 理想气体 n ( )( ) C V l CV ld 1 导率 = 3 1 声子机制热导率 = 3 l lnnn 鬃 鬃 第61页/共87页 第62页/共87页 第63页/共87页 设设Vm为某一分子的平均速度；为某一分子的平均速度；f为碰撞频率；为碰撞频率；m为平均为平

30、均 自由程自由程 则则m=Vm/ff=V m/m 由热力学原理可知：由热力学原理可知： 2 m Pd fV KT 2 2 m T d P 4. 平均自由程的主要因素平均自由程的主要因素 第64页/共87页 2 2 m T d P 温度、压力及分子有效直径是影响分子运动平均自由程的主要因素。当压力一定时，一定物质的分子运动平均自由程随温度增加而增加。当温度一定时，平均自由程温度、压力及分子有效直径是影响分子运动平均自由程的主要因素。当压力一定时，一定物质的分子运动平均自由程随温度增加而增加。当温度一定时，平均自由程 m与压力 与压力p成反比，压力越小（真空度越高），成反比，压力越小（真空度越高）

31、， m越大，即分子间碰撞机会越少。不同物质因其有效直径不同，因而分子平均自由程不同。 越大，即分子间碰撞机会越少。不同物质因其有效直径不同，因而分子平均自由程不同。 第65页/共87页 （2）高温热辐射引起的 电子能级，以及分子振动能级的跃迁会产生电磁辐射， 但是只有在高温下电磁辐射才足够强，光子热导即电磁 波在材料内部的传导。 这类电磁波频谱较宽，其中波长在0.4-40 m间的可见光与 部分红外光称为热射线，热射线的传递过程就称为热辐射 光导 子热 。 m 第66页/共87页 ( )( )CV ld （a）电磁辐射是双向的，但净辐射是由高温指向低温。 1 （b）光子热导同样符合关系式 3 （

32、c）对于透明和半透明材料才需要考虑光子热导。 lnnn=鬃 第67页/共87页 4 3 , 16 c c Vm c T T C 3 T 3 T 对 于 绝 对 黑 体 ， 光 子 引 起 的 热 导 率 公 式 如 下 ： 4n E -黑 体 辐 射 能 公 式 ： 斯 蒂 芬 -玻 耳 兹 曼 常 数 n： 折 射 率： 光 速 En T s n sn s n = = , 3 3 16 16 3 Vm c c C T n T 3 2 n n ln sn n s = = = 4.2.3.1在温度在温度T时黑体单位容积的辐射能时黑体单位容积的辐射能 第68页/共87页 第69页/共87页 eee

33、 e C V l C V l C （3）自由电子引起的 大量的自由电子可以看作自由电子气， 与气体通过分子碰撞导热的过程类似。 1 理想气体热导率， = 3 1 电子机制热导率， = 3 计算需要用到自由电子气的有关数据 对于纯金属主要考虑电子 电子热导 l l 鬃 鬃 热导，对于合金还需要考虑声子热导 第70页/共87页 4.3.1 4.3.1 温度的影响温度的影响 ( )( )CV ld 1 对于声子机制主导的材料， = 3 lnnn鬃 -T的曲线分为四个阶段：l l 3 （a）极低温度下，CT ， 趋于上限，l l （b）温度升高后，C上升趋缓，出现最大进一步开始，值并l l（c）德拜温

34、度后，C趋于恒定， 进一步 ， 迅速下降l l（d）更高温度时，C无变化， 亦趋于下限， 下降趋缓l 第71页/共87页 图图8-15 单晶单晶Al2O3温度热导率曲线温度热导率曲线 第72页/共87页 晶 体 结 构 ： 不 对 称 程 度 高， l u同一种材料，多晶体的热导率总是小于单晶体。同一种材料，多晶体的热导率总是小于单晶体。 第73页/共87页 由于多晶体中晶粒尺寸小、晶由于多晶体中晶粒尺寸小、晶 界多、缺陷多、晶界处杂质多，界多、缺陷多、晶界处杂质多， 声子更易受到散射，它的平均声子更易受到散射，它的平均 自由程要小得多，故热导率小。自由程要小得多，故热导率小。 低温多晶与单晶

35、的热导率相一低温多晶与单晶的热导率相一 致，温度升高差异变大，说明致，温度升高差异变大，说明 了晶界、缺陷、杂质等在较高了晶界、缺陷、杂质等在较高 温度对声子传导有更大阻碍作温度对声子传导有更大阻碍作 用，同时单晶温度升高后光子用，同时单晶温度升高后光子 传导效果更明显。传导效果更明显。 第74页/共87页 晶 体 和 非 晶 体 热 导 率 随 温 度 变 化 的 比 较 非 晶 体 因 为 接 近 常 数 ， 故 随而 Tl 图图8-18 8-18 石英与石英玻璃热导率与温度的关系石英与石英玻璃热导率与温度的关系 第75页/共87页 400K-600K中低温范围，光子导热可以忽略。中低温范围，光子导热可以忽略。 600K-900K光子导热开始增大。不透明的材料趋于平行横轴。光子导热开始增大。不透明的材料趋于平行横轴。 900K以上光子导热急剧增加。不透明的材