材料熱學(xué)性能學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1材料材料(cilio)熱學(xué)性能熱學(xué)性能第一頁，共67頁。2第1頁/共66頁第二頁，共67頁。3第2頁/共66頁第三頁，共67頁。相平衡(pnghng)各相之間不隨時間發(fā)生變化。化學(xué)平衡(pnghng)化學(xué)組成和物質(zhì)數(shù)量不隨時間變化。第3頁/共66頁第四頁，共67頁。第4頁/共66頁第五頁，共67頁。第5頁/共66頁第六頁，共67頁。溫度(wnd)，動能頻率、振幅1Ni()i動 能熱 量各質(zhì)點(diǎn)熱運(yùn)動時動能的總和，就是該物體的熱量，即 第6頁/共66頁第七頁，共67頁。第7頁/共66頁第八頁，共67頁。第8頁/共66頁第九頁，共67頁。)./(25KmolJCp元素元素H HB BC CO

2、 OF FSiSiP PS SClCl9.69.611.311.37.57.516.716.720.920.915.915.922.522.522.522.520.420.4pC第9頁/共66頁第十頁，共67頁。iinCCiniC第10頁/共66頁第十一頁，共67頁。第11頁/共66頁第十二頁，共67頁。熱容的量子理論普朗克基本觀點(diǎn)：質(zhì)點(diǎn)的熱振動大小不定，即動能大小不是定值，但能量(nngling)是量子化的。簡化模型：愛因斯坦量子熱容(r rn)模型德拜比熱模型第12頁/共66頁第十三頁，共67頁。第13頁/共66頁第十四頁，共67頁。第14頁/共66頁第十五頁，共67頁。第15頁/共66頁

3、第十六頁，共67頁。第16頁/共66頁第十七頁，共67頁。 絕大多數(shù)氧化物、碳化物的熱容都從低溫(dwn)時的一個低值增加到1273K左右的近似于3R，并保持不變。第17頁/共66頁第十八頁，共67頁。2PCabTcT第18頁/共66頁第十九頁，共67頁。i icnciicg c第19頁/共66頁第二十頁，共67頁。TaTCCCeVLVV3和為熱容系數(shù)，由低溫(dwn)熱容實(shí)驗(yàn)測得。第20頁/共66頁第二十一頁，共67頁。第21頁/共66頁第二十二頁，共67頁。明顯的影響nnmcXcXcXcXc332211第22頁/共66頁第二十三頁，共67頁。第23頁/共66頁第二十四頁，共67頁。0llT

4、l0(1)TVVVT3Vl第24頁/共66頁第二十五頁，共67頁。3VlVabc第25頁/共66頁第二十六頁，共67頁。第26頁/共66頁第二十七頁，共67頁。勢能勢能(shnng)(shnng)一原子間距離一原子間距離曲線曲線假想的假想的實(shí)際的實(shí)際的熱膨脹現(xiàn)象熱膨脹現(xiàn)象(xinxing)解釋解釋第27頁/共66頁第二十八頁，共67頁。平衡位置隨溫度平衡位置隨溫度(wnd)(wnd)的變的變化化鍵強(qiáng)與熱膨脹鍵強(qiáng)與熱膨脹第28頁/共66頁第二十九頁，共67頁。第29頁/共66頁第三十頁，共67頁。穩(wěn)態(tài)傳熱穩(wěn)態(tài)傳熱(chun r)傅里葉定律傅里葉定律非穩(wěn)態(tài)傳熱非穩(wěn)態(tài)傳熱(chun r)第30頁/共

5、66頁第三十一頁，共67頁。 :聲子熱導(dǎo)率，聲子熱導(dǎo)率，r：電子（光子）的熱導(dǎo)率：電子（光子）的熱導(dǎo)率除金屬外，一般固體除金屬外，一般固體(gt)特別是離子或共價鍵晶體中自由電子很特別是離子或共價鍵晶體中自由電子很少。少。r第31頁/共66頁第三十二頁，共67頁。 dvvlvC31熱容(r rn)C和平均自由程l都是振動頻率v的函數(shù)熱導(dǎo)率的大小主要取決于C和l第32頁/共66頁第三十三頁，共67頁。rrlTn32316 熱導(dǎo)率的大小主要取決于平均自由程lr和溫度(wnd)T。 材料透明度與lr的變化趨勢一致。第33頁/共66頁第三十四頁，共67頁。影響影響(yngxing)熱導(dǎo)率的因素?zé)釋?dǎo)率的

6、因素第34頁/共66頁第三十五頁，共67頁。銅合金的性能(xngnng) Properties of copper alloy材 料組 成熱膨脹系數(shù)10-6/熱導(dǎo)率W/(mK)電導(dǎo)率IACS純銅Cu17.0388-39995-101黃銅Cu-Zn18.1-19.829-6030-57錫青銅Cu-Sn17.5-19.112-209-18鋁青銅Cu-Al17.1-18.260-1008-17硅青銅Cu-Si16.1-18.537-10410-28錳青銅Cu-Mn20.41086-16白銅Cu-Ni1713020第35頁/共66頁第三十六頁，共67頁。影響影響(yngxing)熱導(dǎo)率的因素?zé)釋?dǎo)率的因

7、素第36頁/共66頁第三十七頁，共67頁。影響影響(yngxing)熱導(dǎo)率的因素?zé)釋?dǎo)率的因素第37頁/共66頁第三十八頁，共67頁。影響影響(yngxing)熱導(dǎo)率的因素?zé)釋?dǎo)率的因素第38頁/共66頁第三十九頁，共67頁。第39頁/共66頁第四十頁，共67頁。第40頁/共66頁第四十一頁，共67頁。第41頁/共66頁第四十二頁，共67頁。第42頁/共66頁第四十三頁，共67頁。TE）TTE0(T0TTTlll0 TT0 時，時， 0，桿受壓應(yīng)力，桿受壓應(yīng)力(yngl) T0，桿受拉應(yīng)力，桿受拉應(yīng)力(yngl)第43頁/共66頁第四十四頁，共67頁。A B A B A B第44頁/共66頁第四十

8、五頁，共67頁。ERf)1 ( R：第一熱應(yīng)力因子；：第一熱應(yīng)力因子； ：泊松比；：泊松比；a: 熱膨脹系數(shù)熱膨脹系數(shù)(png zhng xsh)；E：彈性模量：彈性模量 第45頁/共66頁第四十六頁，共67頁。khrm 顯然顯然(xinrn)， 大，對熱穩(wěn)定性不利大，對熱穩(wěn)定性不利 第46頁/共66頁第四十七頁，共67頁。lf、EkR)1 ( S為非平板樣品的形狀因子。為非平板樣品的形狀因子。討論：具有高的熱導(dǎo)率討論：具有高的熱導(dǎo)率, 高的斷裂強(qiáng)度，低的熱膨脹系數(shù)和彈性模高的斷裂強(qiáng)度，低的熱膨脹系數(shù)和彈性模E，則具有高熱沖擊斷，則具有高熱沖擊斷 裂性能。裂性能。 3） 第三第三(d sn)熱

9、應(yīng)力抵抗因子熱應(yīng)力抵抗因子R （明確最大冷卻速率）（明確最大冷卻速率）第47頁/共66頁第四十八頁，共67頁。第48頁/共66頁第四十九頁，共67頁。從斷裂力學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)以應(yīng)變能從斷裂力學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)以應(yīng)變能-斷裂能為判據(jù)。斷裂能為判據(jù)。材料中微裂紋擴(kuò)展、蔓延的程度，積存的彈性應(yīng)材料中微裂紋擴(kuò)展、蔓延的程度，積存的彈性應(yīng)變能、裂紋擴(kuò)展的斷裂表面能影響材料的抗熱損變能、裂紋擴(kuò)展的斷裂表面能影響材料的抗熱損傷性。傷性。積存的彈性應(yīng)變能較小，材料的擴(kuò)展??；裂紋擴(kuò)積存的彈性應(yīng)變能較小，材料的擴(kuò)展??；裂紋擴(kuò)展的斷裂表面能大，裂紋的蔓延程度小。展的斷裂表面能大，裂紋的蔓延程度小。1. 考慮問題的出發(fā)點(diǎn)考慮問

10、題的出發(fā)點(diǎn)第49頁/共66頁第五十頁，共67頁。抗熱應(yīng)力損傷性正比于斷裂表面能，反比于應(yīng)變能抗熱應(yīng)力損傷性正比于斷裂表面能，反比于應(yīng)變能的釋放率。的釋放率。 RE/ 2(1 ) 材料彈性應(yīng)變能釋放率的倒數(shù)，用于比較具有相同材料彈性應(yīng)變能釋放率的倒數(shù)，用于比較具有相同斷裂表面能的材料。斷裂表面能的材料。 RE2 eff/ 2(1 )用于比較具有不同斷裂表面能的材料。用于比較具有不同斷裂表面能的材料。強(qiáng)度高的材料原有裂紋在熱應(yīng)力的作用下容易擴(kuò)展強(qiáng)度高的材料原有裂紋在熱應(yīng)力的作用下容易擴(kuò)展蔓延，對熱穩(wěn)定性不利。蔓延，對熱穩(wěn)定性不利。2 . 抗熱應(yīng)力損傷因子抗熱應(yīng)力損傷因子第50頁/共66頁第五十一頁

11、，共67頁。樣品內(nèi)外樣品內(nèi)外(niwi)的溫度均勻，然后使之驟的溫度均勻，然后使之驟冷，用放大鏡考察，看試樣不破裂時所能冷，用放大鏡考察，看試樣不破裂時所能承受的最大溫差。對相同組成的各塊樣品，承受的最大溫差。對相同組成的各塊樣品，最大溫差并不是固定不變的，所以測定一最大溫差并不是固定不變的，所以測定一種玻璃的穩(wěn)定性，必須取多個試樣，并進(jìn)種玻璃的穩(wěn)定性，必須取多個試樣，并進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)。行平行實(shí)驗(yàn)。第51頁/共66頁第五十二頁，共67頁。第52頁/共66頁第五十三頁，共67頁。第53頁/共66頁第五十四頁，共67頁。TG曲線(qxin)示意圖第54頁/共66頁第五十五頁，共67頁。DTA示意圖第

12、55頁/共66頁第五十六頁，共67頁。第56頁/共66頁第五十七頁，共67頁。第57頁/共66頁第五十八頁，共67頁。第58頁/共66頁第五十九頁，共67頁。析，只能進(jìn)行定性或半定量的分析，只能進(jìn)行定性或半定量的分析工作。析工作。第59頁/共66頁第六十頁，共67頁。第60頁/共66頁第六十一頁，共67頁。第61頁/共66頁第六十二頁，共67頁。與與DTA儀器十分相似，儀器十分相似，是一種定量是一種定量(dngling)的的DTA儀器。儀器。不同之處在于試樣與參不同之處在于試樣與參比物托架下，置一電熱片，比物托架下，置一電熱片，加熱器在程序控制下對加熱加熱器在程序控制下對加熱塊加熱，其熱量通過電熱片塊加熱，其熱量通過電熱片同時對試樣和參比物加熱，同時對試樣和參比物加熱，使之受熱均勻。使之受熱均勻。第62頁/共66頁第六十三頁，共67頁。第63頁/共66頁第六十四頁，共67頁。DSCDSC是在控制溫度變化情況下，以溫度（或時間）是在控制溫度變化情況下，以溫度（或時間）為橫坐標(biāo)，以樣品與參比物間溫差為零所需供給的為橫坐標(biāo)，以樣品與參比物間溫差為零所需供給的熱量為縱坐標(biāo)所得的掃描曲線。熱量為縱坐標(biāo)所得的掃描曲線。DTADTA是測量是測量T-T T-T 的關(guān)系，而的關(guān)系，而DSCDSC是保持是保持T = 0T = 0，測定測定H-T H-T 的關(guān)