陶瓷热学及高温性能资料课件

上节内容回顾弹性变形变的大小和类型取决于材料的化学键形与弹·弹性模量在工程上反映材料刚度的大小,在微观上反映原子的键和强度。性模量|·陶瓷材料与金属相比室温下不出现塑性变形或很难发生塑性变形陶瓷强缺陷对强度的影响度及表拉伸、弯曲及压缩强度征强度测量的影响因素:尺寸效应、加载速率陶瓷的断裂韧·裂纹三种位移形式性及表陶瓷断裂韧性很低测试方式:单边切口实验、压痕法征上节内容回顾1MNE以陶瓷的热学性能及高温性能MNE以2主要内容陶瓷的热学性能及表征热容热膨胀热导率·抗热震性陶瓷的高温性能·高温强度高温蠕变主要内容3、陶瓷的热学性能及表征1陶瓷的热容热容是指材料温度升高1C所吸收的热量,单位J/ⅷmo|·c)或J/(mo|·K);对于1g物质的热容又称为“比热”,单位J/(g·C)◆同一材料在不同温度时热容往往不同,工程上常用的平均热容是指物体从温度T1到T2所吸收的热量的平均值。即升温过程吸收Q的热量12-71平均热容较为粗略,T1到T的范围愈大,精确性愈差,应用时还应注意它的适用范围、陶瓷的热学性能及表征4000C以下,随温度升高而增加;1000℃以上,几乎不增加A1O3英来石温度/rC图1-17几种陶瓷材料的热容温度曲线热容与材料结构关系不大。1:1Cao+SiO,混合的ca0和si02与caSi03的曲2.9E∞u线基本重合6008001000120194001600多孔的材料热容小图1-18CaO+SiO2与CaSO3的热容温度曲线000C以下,随温度升高而增512陶瓷的热膨胀物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀,这是由于受热时物体结构内原子振动的幅度随温度升高而加大所导致的,符号a,单位为1/CMgO,稳定的典型的N基超级合14}聚乙烯l△T温度增加△T时的长度变化长崇葵来石室温下的长度陶瓷线膨胀系数范围HasiO,105-106/℃02019006008001000120194001600温度/℃图1-19典型的陶瓷、金属及聚合物的热膨胀性能12陶瓷的热膨胀6热膨胀与陶瓷结构的关系1.共价键陶瓷具有较低的热膨胀系数,如SiC.Si3N4,B4C等;离子键陶瓷或金属材料,具有较大的热膨胀系数;3.结构紧密的晶体热膨胀系数较大,无定形的玻璃,往往具有较小的热膨胀系数对于紧密堆积结构,受热时每个原子的振幅累积起来使得整个材料发生了较大的膨胀振幅增大而原子间距增加时,部分地被结构内部的空容纳。多晶石英的热膨胀系数12×10(-6)/°C,而石英玻璃则只有0.5×(-6)/C4.对于立方晶系的单晶体和多晶陶瓷,其热膨胀系数在各个方向上是相同的热膨胀与陶瓷结构的关系76.对于非等轴晶系的晶体,各晶轴方向的热膨胀系数是不同的如石墨层内热膨胀系数为1×10(-6)/"C,而层间为27×(-6)/"C;表1-13各向异性非等轴品体的热膨胀系数材料线膨胀系数垂直于c轴(X10-4/℃)平行干c轴(X10/℃)石學2TO3(钛酸铝126843Al2O3·2SiO2(莫来石ZISiSO2(石英Alsi1O4(B-锂辉石)LiAISe1O4(锂霞石H-SiCO0~423℃)FSI3NI6.对于非等轴晶系的晶体,各晶轴方向的热膨胀系数是不同的如石813陶瓷的热导率热导率(λ)的物理意义是指单位温度梯度下,单位时间内通过单位垂直面积的热量,单位是W/(m·K)表1-14结构陶瓷在不同温度下的热导率材料100℃500℃1000℃1500℃备注Al3O(>99.5%)A2O3(99.5%)Al2O2(90%)12Tho6~82-3100℃1500℃备注BOC>99.5%)MaO致密)40~6036~4813~165~86-8ZmO2(稳定化)1.7~2.01.7~2.01.7~2.01.7~221.8~3.520(部分稳定)BN热压烧结)平行热压方向302垂直热压方向sN(反应烧结)141312热压SN4SC(热压)+2%6Al2O3SC常压烧结致密55~6535~45非致密SC5030~4018~2510~1513陶瓷的热导率9导热机理热量传递是由材料所含的热量、材料中载流子的性质和耗散的热量所决定的。体积热容电子或声子的散射效应的函数,热量传输G的函数数量和速度v平均自由行程的衰减距离∝cvl。①金属材料的载流子是电子,电子在材料内部可自由移动,因此载流子数量大且具有大的平均自由行程,从而使金属具有高导热率。而合金化减小了平均自由行程,热导率降低②有机材料由大分子组成且缺少结晶性,热导率低。可通过添加导热填料提高其导热性;③陶瓷的主要载流子是声子,声子可看作量子化的晶格振动,即热量是依靠晶格振动的晶格波来传递的。晶格波在晶体中传播时达到的散射看作是声子同晶体中质点的碰撞。通常散射干扰越小的结构,热导率越髙导热机理10陶瓷热学及高温性能资料课件11陶瓷热学及高温性能资料课件12陶瓷热学及高温性能资料课件13陶瓷热学及高温性能资料课件14陶瓷热学及高温性能资料课件15陶瓷热学及高温性能资料课件16陶瓷热学及高温性能资料课件17陶瓷热学及高温性能资料课件18陶瓷热学及高温性能资料课件19陶瓷热学及高温性能资料课件20陶瓷热学及高温性能资料课件21陶瓷热学及高温性能资料课件22陶瓷热学及高温性能资料课件23陶瓷热学及高温性能资料课件24陶瓷热学及高温性能资料课件25陶瓷热学及高温性能资料课件26陶瓷热学及高温