材料热学性能PPT学习教案

1、会计学1材料材料(cilio)热学性能热学性能第一页，共66页。2第1页/共66页第二页，共66页。3第2页/共66页第三页，共66页。化学平衡化学组成和物质数量不随时间(shjin)变化。第3页/共66页第四页，共66页。第4页/共66页第五页，共66页。第5页/共66页第六页，共66页。温度(wnd)，动能频率、振幅1Ni()i动 能热 量各质点热运动时动能的总和，就是该物体的热量，即 第6页/共66页第七页，共66页。第7页/共66页第八页，共66页。第8页/共66页第九页，共66页。)./(25KmolJCp元素元素H HB BC CO OF FSiSiP PS SClCl9.69.6

2、11.311.37.57.516.716.720.920.915.915.922.522.522.522.520.420.4pC第9页/共66页第十页，共66页。iinCCiniC第10页/共66页第十一页，共66页。第11页/共66页第十二页，共66页。热容的量子理论普朗克基本观点：质点的热振动大小不定，即动能大小不是(b shi)定值，但能量是量子化的。简化模型：爱因斯坦量子热容模型(mxng)德拜比热模型(mxng)第12页/共66页第十三页，共66页。第13页/共66页第十四页，共66页。第14页/共66页第十五页，共66页。第15页/共66页第十六页，共66页。第16页/共66页第十

3、七页，共66页。 绝大多数氧化物、碳化物的热容都从低温时的一个低值增加到1273K左右(zuyu)的近似于3R，并保持不变。第17页/共66页第十八页，共66页。2PCabTcT第18页/共66页第十九页，共66页。i icnciicg c第19页/共66页第二十页，共66页。TaTCCCeVLVV3和为热容(r rn)系数，由低温热容(r rn)实验测得。第20页/共66页第二十一页，共66页。第21页/共66页第二十二页，共66页。nnmcXcXcXcXc332211第22页/共66页第二十三页，共66页。第23页/共66页第二十四页，共66页。0llTl0(1)TVVVT3Vl第24页/

4、共66页第二十五页，共66页。3VlVabc第25页/共66页第二十六页，共66页。第26页/共66页第二十七页，共66页。势能一原子间距离势能一原子间距离(jl)(jl)曲曲线线假想的假想的实际的实际的热膨胀现象热膨胀现象(xinxing)解释解释第27页/共66页第二十八页，共66页。平衡位置随温度平衡位置随温度(wnd)(wnd)的变化的变化键强与热膨胀键强与热膨胀第28页/共66页第二十九页，共66页。第29页/共66页第三十页，共66页。稳态传热稳态传热(chun r)傅里叶定律傅里叶定律非稳态传热非稳态传热(chun r)第30页/共66页第三十一页，共66页。 :声子热导率，声子

5、热导率，r：电子：电子(dinz)（光子）的热导率（光子）的热导率除金属外，一般固体特别是离子或共价键晶体中自由电子除金属外，一般固体特别是离子或共价键晶体中自由电子(dinz)很少。很少。r第31页/共66页第三十二页，共66页。 dvvlvC31热容C和平均自由程l都是振动频率v的函数热导率的大小(dxio)主要取决于C和l第32页/共66页第三十三页，共66页。rrlTn32316 热导率的大小主要取决于平均自由程lr和温度(wnd)T。 材料透明度与lr的变化趋势一致。第33页/共66页第三十四页，共66页。影响影响(yngxing)热导率的因素热导率的因素第34页/共66页第三十五页

6、，共66页。铜合金的性能(xngnng) Properties of copper alloy材 料组 成热膨胀系数10-6/热导率W/(mK)电导率IACS纯铜Cu17.0388-39995-101黄铜Cu-Zn18.1-19.829-6030-57锡青铜Cu-Sn17.5-19.112-209-18铝青铜Cu-Al17.1-18.260-1008-17硅青铜Cu-Si16.1-18.537-10410-28锰青铜Cu-Mn20.41086-16白铜Cu-Ni1713020第35页/共66页第三十六页，共66页。影响影响(yngxing)热导率的因素热导率的因素第36页/共66页第三十七页，

7、共66页。影响影响(yngxing)热导率的因素热导率的因素第37页/共66页第三十八页，共66页。影响影响(yngxing)热导率的因素热导率的因素第38页/共66页第三十九页，共66页。第39页/共66页第四十页，共66页。第40页/共66页第四十一页，共66页。条件n需测量样品的比热容和密度第41页/共66页第四十二页，共66页。第42页/共66页第四十三页，共66页。TE）TTE0(T0TTTlll0 TT0 时，时， 0，杆受压应力，杆受压应力(yngl) T0，杆受拉应力，杆受拉应力(yngl)第43页/共66页第四十四页，共66页。A B A B A B第44页/共66页第四十五

8、页，共66页。ERf)1 ( R：第一热应力因子：第一热应力因子(ynz)； ：泊松比；：泊松比；a: 热膨胀系数；热膨胀系数；E：弹性模量：弹性模量 第45页/共66页第四十六页，共66页。khrm 显然显然(xinrn)， 大，对热稳定性不利大，对热稳定性不利 第46页/共66页第四十七页，共66页。lf、EkR)1 ( S为非平板样品的形状因子。为非平板样品的形状因子。讨论：具有高的热导率讨论：具有高的热导率, 高的断裂强度，低的热膨胀系数和弹性模高的断裂强度，低的热膨胀系数和弹性模E，则具有高热冲击断，则具有高热冲击断 裂性能。裂性能。 3） 第三热应力抵抗因子第三热应力抵抗因子R （

9、明确最大冷却（明确最大冷却(lngqu)速率）速率）第47页/共66页第四十八页，共66页。第48页/共66页第四十九页，共66页。从断裂力学的观点出发以应变能从断裂力学的观点出发以应变能-断裂能为判据。断裂能为判据。材料中微裂纹扩展、蔓延的程度，积存的弹性应材料中微裂纹扩展、蔓延的程度，积存的弹性应变能、裂纹扩展的断裂表面能影响材料的抗热损变能、裂纹扩展的断裂表面能影响材料的抗热损伤性。伤性。积存的弹性应变能较小，材料的扩展小；裂纹扩积存的弹性应变能较小，材料的扩展小；裂纹扩展的断裂表面能大，裂纹的蔓延程度小。展的断裂表面能大，裂纹的蔓延程度小。1. 考虑问题的出发点考虑问题的出发点第49页

10、/共66页第五十页，共66页。抗热应力损伤性正比于断裂表面能，反比于应变能抗热应力损伤性正比于断裂表面能，反比于应变能的释放率。的释放率。 RE/ 2(1 ) 材料弹性应变能释放率的倒数，用于比较具有相同材料弹性应变能释放率的倒数，用于比较具有相同断裂表面能的材料。断裂表面能的材料。 RE2 eff/ 2(1 )用于比较具有不同断裂表面能的材料。用于比较具有不同断裂表面能的材料。强度高的材料原有裂纹在热应力的作用下容易扩展强度高的材料原有裂纹在热应力的作用下容易扩展蔓延，对热稳定性不利。蔓延，对热稳定性不利。2 . 抗热应力损伤因子抗热应力损伤因子第50页/共66页第五十一页，共66页。样品内

11、外的温度均匀，然后使之骤冷，用样品内外的温度均匀，然后使之骤冷，用放大镜考察，看试样不破裂时所能承受的放大镜考察，看试样不破裂时所能承受的最大温差。对相同组成的各块样品，最大最大温差。对相同组成的各块样品，最大温差并不是固定不变的，所以测定一种玻温差并不是固定不变的，所以测定一种玻璃的稳定性，必须取多个试样，并进行平璃的稳定性，必须取多个试样，并进行平行实验。行实验。第51页/共66页第五十二页，共66页。第52页/共66页第五十三页，共66页。第53页/共66页第五十四页，共66页。TG曲线(qxin)示意图第54页/共66页第五十五页，共66页。DTA示意图第55页/共66页第五十六页，共

12、66页。第56页/共66页第五十七页，共66页。第57页/共66页第五十八页，共66页。第58页/共66页第五十九页，共66页。定性或半定量的分析工作。定性或半定量的分析工作。第59页/共66页第六十页，共66页。第60页/共66页第六十一页，共66页。第61页/共66页第六十二页，共66页。与与DTA仪器十分相似仪器十分相似，是一种，是一种(y zhn)定量定量的的DTA仪器。仪器。不同之处在于试样与不同之处在于试样与参比物托架下，置一电热参比物托架下，置一电热片，加热器在程序控制下片，加热器在程序控制下对加热块加热，其热量通对加热块加热，其热量通过电热片同时对试样和参过电热片同时对试样和参比物加热，使之受热均匀比物加热，使之受热均匀。第62页/共66页第六十三页，共66页。第63页/共66页第六十四页，共66页。DSCDSC是在控制温度变化情况下，以温度（或时间）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。热量为纵坐标所得的扫描曲线。DTADTA是测量是测量T-T T-T 的