第一章-材料的熱學(xué)性能

第一章材料的熱學(xué)性能材料的熱學(xué)性能主要包括熱容，熱膨脹，熱傳導(dǎo)，熱穩(wěn)定性等。1.1概述1.2材料的熱容1.3材料的熱膨脹1.4材料的熱傳導(dǎo)1.5材料的熱穩(wěn)定性教學(xué)內(nèi)容通過探討熱性能與材料宏觀、微觀本質(zhì)的關(guān)系，為選材、用材、改善材質(zhì)、探索新材料和新工藝等方面打下基礎(chǔ)。教學(xué)目的1.1概述熱學(xué)性能的主要應(yīng)用：（1）微波諧振腔、精密天平、標(biāo)準(zhǔn)尺、標(biāo)準(zhǔn)電容等使用的材料要求的熱膨脹系數(shù)低；（2）電真空封裝材料要求具有一定的熱膨脹系；（3）熱敏元件要求盡可能有高的熱膨脹系數(shù)；（4）工業(yè)爐襯、建筑材料、以及航天飛行器重返大氣層的隔熱材料要求具有優(yōu)良的隔熱性能；（5）晶體管散熱器等要求優(yōu)良的導(dǎo)熱性能……式中：

=微觀彈性模量，

=質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量，

=質(zhì)點(diǎn)在x方向上位移。

熱性能的物理本質(zhì)：晶格熱振動(dòng)根據(jù)牛頓第二定律，一維簡(jiǎn)諧振動(dòng)方程為：溫度升高時(shí)，動(dòng)能加大，振幅和頻率均加大。晶胞中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)所處的環(huán)境不同，β不同，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)在熱振動(dòng)時(shí)都有一定的振動(dòng)頻率，N個(gè)不同質(zhì)點(diǎn)，就有N個(gè)頻率組合在一起。各質(zhì)點(diǎn)熱運(yùn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)能的總和為物體的熱量

。(熱運(yùn)動(dòng)能量)i=熱量晶格振動(dòng)對(duì)晶體的物理性質(zhì)有影響.例如：固體的比熱、熱膨脹、熱傳導(dǎo)等直接與晶格的振動(dòng)有關(guān)。晶格振動(dòng)的傳播：以彈性波（格波）的形式。由于材料中質(zhì)點(diǎn)間有很強(qiáng)的相互作用力，因此一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)會(huì)使臨近質(zhì)點(diǎn)隨之振動(dòng)。因相鄰質(zhì)點(diǎn)間的振動(dòng)存在一定的相位差，故晶格振動(dòng)以彈性波的形式（格波）在整個(gè)材料內(nèi)傳播。彈性波是多頻率振動(dòng)的組合波。格波：晶格中的所有質(zhì)點(diǎn)以相同頻率振動(dòng)而形成的波，或某一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在平衡位置附近的振動(dòng)是以波的形式在晶體中傳播形成的波。格波的特點(diǎn)：

晶格中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)；

相鄰質(zhì)點(diǎn)間存在固定的位相。根據(jù)振動(dòng)頻率的高低，分為聲頻支振動(dòng)和光頻支振動(dòng)（紅外光區(qū)）。頻率甚低的格波，質(zhì)點(diǎn)彼此之間的位相差不大，則格波類似于彈性體中的應(yīng)變波，稱為“聲頻支振動(dòng)”。對(duì)于聲學(xué)波，相鄰原子都是沿著同一方向振動(dòng)，當(dāng)波長(zhǎng)很長(zhǎng)時(shí)，聲學(xué)波實(shí)際上代表原胞質(zhì)心的振動(dòng)。格波中頻率甚高的振動(dòng)波，質(zhì)點(diǎn)彼此之間的位相差很大，鄰近質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)幾乎相反時(shí)，頻率往往在紅外光區(qū)，稱為“光頻支振動(dòng)”。原胞的質(zhì)心保持不動(dòng)，由此也可以定性的看出，光學(xué)波代表原胞中兩個(gè)原子的相對(duì)振動(dòng)。如離子晶體中正負(fù)離子間的相對(duì)振動(dòng)。由于光頻支是不同原子相對(duì)振動(dòng)引起的，所以一個(gè)分子中有n個(gè)不同原子，會(huì)有（n-1）個(gè)不同頻率的光頻波。如果晶格有N個(gè)分子，則有個(gè)N（n-1）光頻波。對(duì)于離子晶體，可利用紅外吸收光譜，通過共振吸收，了解離子間的結(jié)合情況。1.2材料的熱容熱容是物體溫度升高1K所需要增加的能量。它反映材料從周圍環(huán)境中吸收熱量的能力。是分子熱運(yùn)動(dòng)的能量隨溫度而變化的一個(gè)物理量。不同環(huán)境下，物體的熱容不同。（J/K）（1)定容熱容Cv

在加熱過程中體積不變不對(duì)外做功，所供給的熱量只用于物體內(nèi)能增加。(2)定壓熱容Cp

在加熱過程中壓強(qiáng)不變。所供給的熱量除了用于物體內(nèi)能增加外，還對(duì)外做功。(3)比熱容質(zhì)量為1Kg的物質(zhì)在沒有相變和化學(xué)反應(yīng)條件下升高1K所需的熱量。它與物質(zhì)的本性有關(guān)，通常用小寫的英文字母c表示，單位為J/(kg.K)。(4)摩爾熱容質(zhì)量為1mol的物質(zhì)在沒有相變和化學(xué)反應(yīng)條件下升高1K所需的熱量。它與物質(zhì)的本性有關(guān)，通常用大寫的英文字母Cm表示，單位為J/(mol.K)。實(shí)際中測(cè)得的熱容是定壓熱容Cp，通常簡(jiǎn)稱熱容。由于定容熱容CV反映系統(tǒng)內(nèi)能的變化，由其可直接計(jì)算系統(tǒng)的能量增量，其更有理論意義。定壓熱容Cp定容熱容CV計(jì)算在固體材料的研究中，通常使用摩爾熱容表示熱容。根據(jù)熱力學(xué)第二定律可以導(dǎo)出：Vm

摩爾體積，體膨脹系數(shù)，

壓縮系數(shù)。對(duì)于固體材料CP，m與CV，m差異很小熱容是隨溫度而變化的，在不發(fā)生相變的條件下，多數(shù)物質(zhì)的摩爾熱容測(cè)量表明，定容熱容C和溫度的關(guān)系與定壓熱容有相似的規(guī)律。

(1)在高溫區(qū)Cv的變化平緩

(2)低溫區(qū)Cv

～T3

(3)溫度接近0K時(shí)，Cv

～

T

(4)0K時(shí)，

Cv

～0

熱容來源：

受熱后點(diǎn)陣離子的振動(dòng)加劇和體積膨脹對(duì)外做功，此外還和電子貢獻(xiàn)有關(guān)，后者在溫度極高（接近熔點(diǎn)）或極低（接近0K）的范圍內(nèi)影響較大，在一般溫度下則影響很小。1.2.1晶態(tài)固體熱容的經(jīng)驗(yàn)定律和經(jīng)典理論

元素的熱容定律——杜隆一珀替定律：恒壓下元素的原子熱容為

表1部分輕元素的原子熱容:元素HBCOFSiPSClCP9.611.37.516.720.915.922.522.520.4

化合物的熱容定律——柯普定律：

化合物分子熱容等于構(gòu)成該化合物各元素原子熱容之和。理論解釋：C=Σnici。其中，ni＝化合物中元素i的原子數(shù)；ci＝元素i的摩爾熱容。根據(jù)經(jīng)典理論，1mol單原子固體中有個(gè)原子，總能量為

=6.023×1023/mol(阿佛加德羅常數(shù))=R/N=1.381×10-23J/K(玻爾茨曼常數(shù))=8.314J/(k·mol)T＝熱力學(xué)溫度（K）。由上式可知，熱容是與溫度T無關(guān)的常數(shù)，這就是杜隆一珀替定律。對(duì)于雙原子的固體化合物，1mol中的原子數(shù)為2N，故摩爾熱容為按熱容定義：杜隆—珀替定律在高溫時(shí)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果很吻合。但在低溫時(shí)，CV的實(shí)驗(yàn)值并不是一個(gè)恒量，下面將要作詳細(xì)討論。對(duì)于三原子的固態(tài)化合物的摩爾熱容：其余依此類推。

1.2.2晶態(tài)固體熱容的量子理論回顧

普朗克提出振子能量的量子化理論。質(zhì)點(diǎn)的能量都是以hv

為最小單位.式中,＝普朗克常數(shù)，＝普朗克常數(shù)，

=園頻率。

將上式中多項(xiàng)式展開各取前幾項(xiàng)，化簡(jiǎn)得：根據(jù)麥克斯威—波爾茲曼分配定律可推導(dǎo)出，在溫度為T時(shí)，一個(gè)振子的平均能量為:

在高溫時(shí)，所以

即每個(gè)振子單向振動(dòng)的總能量與經(jīng)典理論一致。由于1mol固體中有N個(gè)原子，每個(gè)原子的熱振動(dòng)自由度是3，所以1mol固體的振動(dòng)可看做3N個(gè)振子的合成運(yùn)動(dòng)，則1mol固體的平均能量為：這就是按照量子理論求得的熱容表達(dá)式。但要計(jì)算CV必須知道諧振子的頻譜——非常困難。（1）愛因斯坦模型他提出的假設(shè)是：每個(gè)原子都是一個(gè)獨(dú)立的振子，原子之間彼此無關(guān)，并且都是以相同的角頻w振動(dòng)，則上式變化為：式中，＝愛因斯坦比熱函數(shù)，令＝愛因斯坦溫度。（1）當(dāng)T很高時(shí)，，則：即在高溫時(shí)，愛因斯坦的簡(jiǎn)化模型與杜隆—珀替公式相一致。（2）在低溫時(shí)，即,

CV值按指數(shù)規(guī)律隨溫度T而變化，而不是從實(shí)驗(yàn)中得出的按T3變化的規(guī)律。與實(shí)驗(yàn)值相差較大。（3）當(dāng)時(shí)

，與實(shí)驗(yàn)相符。愛因斯坦模型的優(yōu)缺點(diǎn)：（2）德拜比熱模型考慮了晶體中原子的相互作用。晶體中對(duì)熱容的主要貢獻(xiàn)是彈性波振動(dòng)，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的聲頻支在低溫下的振動(dòng)占主導(dǎo)地位，并且聲頻波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于晶體的晶格常數(shù)，可以把晶體近似為連續(xù)介質(zhì)，聲頻支的振動(dòng)近似為連續(xù)，具有0～ωmax。其中,

引入：德拜特征溫度，德拜比熱函數(shù)則

由上式可以得到如下的結(jié)論：（1）當(dāng)溫度較高時(shí)，即，，即杜隆—珀替定律，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。（2）當(dāng)溫度很低時(shí)，即，計(jì)算得

（3）當(dāng)T→0時(shí)，CV趨于0，但T3定律，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的T規(guī)律有差距。與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。（1）由于德拜把晶體近似為連續(xù)介質(zhì)，對(duì)于原子振動(dòng)頻率較高的部分不適用，使得對(duì)一些化合物的熱容的計(jì)算與實(shí)驗(yàn)不符。

（2）沒有考慮自由電子的貢獻(xiàn)，使得其在極高溫和極低溫區(qū)與實(shí)驗(yàn)不符。德拜模型的不足：1.2.3

無機(jī)材料的熱容根據(jù)德拜熱容理論，在高于德拜溫度θD時(shí)，低于θD時(shí)，CV~T3成正比。不同材料θD也不同。例如，石墨θD=1973K，BeO

的θD=1173K，Al2O3的θD=923K。圖是幾種材料的熱容-溫度曲線。這些材料的θD約為熔點(diǎn)（熱力學(xué)溫度）的0.2-0.5倍。對(duì)于絕大多數(shù)氧化物、碳化物，熱容都是從低溫時(shí)的一個(gè)低的數(shù)值增加到1273K左右的近似于25J/K·mol的數(shù)值。溫度進(jìn)一步增加，熱容基本上沒有什么變化。圖中幾條曲線不僅形狀相似，而且數(shù)值也很接近。

無機(jī)材料的熱容與材料結(jié)構(gòu)的關(guān)系不大。如圖所示。CaO和SiO21∶1的混合物與CaSiO3的熱容-溫度曲線基本重合。固體材料CP與溫度T的關(guān)系應(yīng)由實(shí)驗(yàn)精確測(cè)定，大多數(shù)材料經(jīng)驗(yàn)公式：式中CP的單位為4.18J/(k·mol).1.2.4金屬材料熱容

1.自由電子對(duì)熱容的貢獻(xiàn)低溫時(shí)：熱容由點(diǎn)陣振動(dòng)和自由電子兩部分的貢獻(xiàn)組成。常溫時(shí)：自由電子熱容遠(yuǎn)小于點(diǎn)陣振動(dòng)熱容，可忽略。極低溫時(shí)：電子熱容起主導(dǎo)作用。高溫時(shí)：電子熱容有貢獻(xiàn)。合金元素加入后能生成不同的相與組織，因此合金的熱容取決于組成相的性質(zhì)。奈曼柯普定律：合金的熱容是每個(gè)組成元素?zé)崛菖c其質(zhì)量百分比的乘積之和。2.合金成分對(duì)熱容的影響可通過合金的手段改變金屬材料的熱容。3.相變時(shí)的熱容變化（1）熔化和凝固

在熔點(diǎn)Tm處，由于熔化金屬需要大量的熔化熱qs，熱焓曲線產(chǎn)生拐折并陡直上升，說明液態(tài)金屬的熱容比固態(tài)的大。（2）一級(jí)相變和二極相變

一級(jí)相變：三態(tài)轉(zhuǎn)變，多型性相轉(zhuǎn)變。有潛熱，熱容趨于無窮。二極相變：磁轉(zhuǎn)變，有序-無序轉(zhuǎn)變等。在一個(gè)溫度范圍內(nèi)逐步完成，無潛熱，熱容突變。（3)亞穩(wěn)態(tài)組織轉(zhuǎn)變

組織轉(zhuǎn)變不可逆。如不發(fā)生相變，熱容和溫度呈線性關(guān)系；如發(fā)生相變，熱容偏離直線。亞穩(wěn)態(tài)（熱量高）向穩(wěn)態(tài)（熱量低）轉(zhuǎn)變要放熱，導(dǎo)致熱容下降1.2.5熱容與比熱容的測(cè)量1、量熱計(jì)法2、撒克司法3、斯密特法4、熱分析測(cè)定法根據(jù)試樣的溫度T和量熱計(jì)量終的溫度Tf，由試樣轉(zhuǎn)移到量熱計(jì)介質(zhì)中的熱量Q，以及試樣的質(zhì)量m，可求出比熱容：1、量熱計(jì)法

正向量熱法和反向量熱法。這種方法曾有效地應(yīng)于研究淬火鋼的回火及冷加工金屬的再結(jié)晶過程。在高溫下測(cè)量比熱容的方法，通過間斷加熱方法。根據(jù)熱量和加熱溫度的關(guān)系：2、撒克司法

用于測(cè)金屬及合金的比熱容與轉(zhuǎn)變潛熱。3、斯密特法

熱分析法分為普通熱分析、示差熱分析和微分熱分析普通熱分析：利用加熱或冷卻過程中熱效應(yīng)所產(chǎn)生的溫度變化和時(shí)間關(guān)系的一種分析技術(shù)。示差熱分析：利用示差熱電偶（由兩對(duì)熱電偶互相串聯(lián)、極性反接而成，取得熱電偶兩熱端的溫差電勢(shì)）測(cè)定待測(cè)試樣和標(biāo)準(zhǔn)溫差而得到的。（示差熱分析儀DTA和示差掃描量熱計(jì)DSC）微分熱分析：測(cè)定試樣溫度隨時(shí)間的變化率。4、熱分析測(cè)定法1.2.6熱分析應(yīng)用實(shí)例1、建立合金的相圖2、熱彈性馬氏體相變的研究3、有序－無序轉(zhuǎn)變的研究4、鋼中臨界點(diǎn)分析本節(jié)重點(diǎn)掌握內(nèi)容：1、熱容的德拜模型及其局限性2、熱容隨溫度的變化規(guī)律3、熱分析方法在相變、有序-無序轉(zhuǎn)變的應(yīng)用1.3.1熱膨脹系數(shù)物體的體積或長(zhǎng)度隨溫度升高而增大的現(xiàn)象叫做熱膨脹。式中，αl＝線膨脹系數(shù)，即溫度升高1K時(shí)，物體的相對(duì)伸長(zhǎng)。物體在溫度T時(shí)的長(zhǎng)度lT為：1.3材料的熱膨脹無機(jī)材料的,αl通常隨T升高而加大。同理，物體體積隨溫度的增加可表示為：式中，αV體膨脹系數(shù)，相當(dāng)于溫度升高1k時(shí)物體體積相對(duì)增長(zhǎng)值。

對(duì)于物體是立方晶體

由于αl值很小，可略以上的高次項(xiàng)，則：與上式比較，就有以下近似關(guān)系：對(duì)于各向異性的晶體，各晶軸方向的線膨脹系數(shù)不同，假如分別為αa、αb、αc，則同樣忽略α二次方以上項(xiàng)：

所以

1.3.2熱膨脹的物理本質(zhì)當(dāng)物體溫度升高時(shí)，晶體中原子的振動(dòng)加劇，相鄰原子之間的平衡距離也隨溫度變化而變化，因此溫度升高而發(fā)生膨脹現(xiàn)象。一般膨脹系數(shù)的精確表達(dá)式：勢(shì)能曲線不是嚴(yán)格對(duì)稱拋物線。隨著溫度的升高，原子的振動(dòng)能量、最大勢(shì)能增加振動(dòng)原子的平衡位置漂移造成平衡距離的增大，發(fā)生晶格膨脹。1.3.3

熱膨脹與其他物理性能的關(guān)系1．膨脹系數(shù)與熱容的關(guān)系

格律乃森根據(jù)晶格熱振動(dòng)理論導(dǎo)出了它們之間的關(guān)系。格律乃森定律指出：體膨脹與定容熱容成正比，它們有相似的溫度依賴關(guān)系。

r

為格律乃森常數(shù)，K0

為0K

時(shí)的體積彈性模量。2．膨脹系數(shù)與熔點(diǎn)的關(guān)系

格律乃森總結(jié)出金屬膨脹系數(shù)與熔點(diǎn)的反比例關(guān)系：為熔點(diǎn)溫度，為熔點(diǎn)溫度固態(tài)金屬的體積，為0K金屬的體積，C為常數(shù)，約在0.06～0.076之間。熔點(diǎn)較高的金屬，具有較低的膨脹系數(shù)。3．膨脹系數(shù)與德拜溫度的關(guān)系德拜溫度越高，膨脹系數(shù)越小。原子間的結(jié)合力與成正比，與成正比。原因：膨脹系數(shù)是原子間結(jié)合力的反映。原子間的結(jié)合力越大、膨脹系數(shù)越小。1.3.4

影響膨脹性能的因素1.相變的影響一級(jí)相變：有潛熱、比熱容無限大，體積發(fā)生突變，膨脹系數(shù)發(fā)生突變。二級(jí)相變：無潛熱，無體積發(fā)生突變，比熱容和膨脹系數(shù)發(fā)生突變。（2）不同結(jié)構(gòu)形態(tài)的物質(zhì)對(duì)于相同組成的物質(zhì)，結(jié)構(gòu)緊密的晶體膨脹系數(shù)大。單晶>多晶>

納米>

非晶?？紫对蕉?，膨脹系越小。2.組織成分的影響（1）形成固溶體固溶體的膨脹與溶質(zhì)元素的膨脹系數(shù)和含量有關(guān)。溶質(zhì)元素的膨脹系數(shù)高于溶劑基體時(shí)，將增大膨脹系數(shù)。1.3.5

膨脹的測(cè)量膨脹測(cè)量是材料熱性能的一種物理方法。核心：設(shè)法將膨脹量放大，精確測(cè)量熱膨量。測(cè)量方法：光學(xué)式、電測(cè)式、機(jī)械式。1.光學(xué)膨脹儀

（1）光杠桿膨脹儀（2）光干涉法2.電測(cè)式膨脹儀

（1）電感式膨脹儀（2）電容式膨脹儀3.機(jī)械式膨脹儀（1）千分表式膨脹儀（2）杠桿式膨脹儀1.3.6

膨脹分析的應(yīng)用主要用于相轉(zhuǎn)變和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的研究。一級(jí)相變：有潛熱、比熱容無限大，體積有突變，膨脹系數(shù)發(fā)生突變。二級(jí)相變：無潛熱，體積無突變，比熱容和膨脹系數(shù)發(fā)生突變。依據(jù)：本節(jié)重點(diǎn)掌握內(nèi)容：1、熱膨脹的物理機(jī)制。2、熱膨脹與熱容、德拜溫度、熔點(diǎn)溫度的關(guān)系及其原因。3、發(fā)生一、二級(jí)相變時(shí)，材料的熱容、體積、熱膨脹系數(shù)的變化特點(diǎn)。1.4材料的熱傳導(dǎo)1.4.1熱傳導(dǎo)的基本概念和定律1.傅里葉定律和熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率（）：?jiǎn)挝粶囟忍荻认?，單位時(shí)間內(nèi)通過單位截面積的熱量。熱傳導(dǎo)：不同溫度的物體或區(qū)域，在相互靠近或接觸時(shí)，會(huì)以傳熱的形式交換能量（能量遷移）。溫度梯度（）：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的溫度變化。矢量，方向指向溫度升高板材厚度為

，板兩面溫差為

，板的面積為則單位時(shí)間通過該板面的熱量為：稱為熱量遷移率傅立葉（Fourer）定律：由于熱量沿溫度降低的方向流動(dòng)，熱量遷移率方向與溫度梯度方向相反，所以二量符號(hào)相反。2.熱擴(kuò)散率對(duì)于不穩(wěn)定導(dǎo)熱過程的體系，引入熱擴(kuò)散率來描述體系的熱傳導(dǎo)能力和溫度長(zhǎng)隨時(shí)間的變化。α為熱擴(kuò)散率，

λ為熱導(dǎo)率，ρ為密度，c為比熱容。在不穩(wěn)定熱傳導(dǎo)過程中，材料內(nèi)經(jīng)歷著熱導(dǎo)的同時(shí)，還有溫度場(chǎng)隨時(shí)間的變化，α越大的材料各處的溫差越小。

主要用于計(jì)算材料達(dá)到均勻溫度所用的時(shí)間。熱阻率：合金固溶體熱阻率：：基本熱阻（本征）率。基質(zhì)純組員的熱阻。為溫度的函數(shù)。：殘余熱阻率。由于摻雜等晶格缺陷引起的熱阻。與溫度無關(guān)。1.4.2熱傳導(dǎo)的物理機(jī)制固體的導(dǎo)熱機(jī)制：熱傳導(dǎo)過程是材料內(nèi)部的能量傳輸過程，在固體中其載體有：自由電子、聲子（點(diǎn)陣波）和光子（電磁輻射）。固體的導(dǎo)熱包括：電子導(dǎo)熱、聲子導(dǎo)熱和光子導(dǎo)熱三種形式。借助氣體導(dǎo)熱系數(shù)公式近似描述固體材料中電子、聲子和光子的導(dǎo)熱機(jī)制，則有：光子熱導(dǎo)率與溫度的關(guān)系：1.光子熱導(dǎo)只在極高溫度才考慮，其它溫度時(shí)不考慮其影響。通常固體的熱導(dǎo)為：比熱容速度平均自由程2.電子和聲子熱導(dǎo)電子和聲子的熱導(dǎo)率分別與其平均自由程成正比。平均自由程大小由散射過程決定。（1）金屬導(dǎo)熱機(jī)制電子導(dǎo)熱率約是聲子的導(dǎo)熱率的30倍，電子導(dǎo)熱起主要作用。（2）半導(dǎo)體導(dǎo)熱機(jī)制電子導(dǎo)熱和聲子導(dǎo)熱率的作用大體相當(dāng)。（3）絕緣體導(dǎo)熱機(jī)制聲子導(dǎo)熱其主要作用作用。1.4.3熱傳導(dǎo)的一般規(guī)律魏德曼定律：在室溫下，金屬的熱導(dǎo)率與電導(dǎo)率之比不隨金屬材料而改變，比值與溫度成正比。（一般經(jīng)驗(yàn)規(guī)律）為洛倫茲數(shù)洛倫茲數(shù)只有在0℃以上的較高溫度時(shí)才近似為常數(shù)，在0℃以下隨溫度的降低而減小，在趨近于絕對(duì)零度時(shí)為0。

低溫時(shí)電子的作用減弱，聲子作用逐漸顯現(xiàn)。1.4.4熱傳導(dǎo)的影響因素1.溫度對(duì)金屬熱導(dǎo)率的影響對(duì)金屬熱傳導(dǎo)其阻擋作用的主要有：

缺陷阻擋和聲子阻擋兩部分。低溫：缺陷阻擋起主要作用。高溫：聲子阻擋起主要作用。中溫：聲子阻擋和缺陷阻擋都起作用。聲子阻擋和缺陷阻擋純金屬：只有聲子阻擋，溫度升高電子的平均自由程減小。

一般有熱導(dǎo)率隨溫度的升高而降低的規(guī)律。合金：聲子阻擋和缺陷阻擋，由于異類原子的存在，溫度對(duì)電子平均自由程的影響很小，聲子導(dǎo)熱作用加強(qiáng)。一般有熱導(dǎo)率隨溫度的升高而增大的規(guī)律。玻璃體：

一般有熱導(dǎo)率隨溫度的升高而增大的規(guī)律。2.原子結(jié)構(gòu)對(duì)熱傳導(dǎo)的影響根據(jù)魏德曼定律：金屬的電導(dǎo)率越高，熱傳導(dǎo)性能越好。電子結(jié)構(gòu)對(duì)熱傳導(dǎo)性有重大影響。3.合金成分和晶體結(jié)構(gòu)對(duì)熱傳導(dǎo)的影響合金中由于加入雜質(zhì)元素使雜質(zhì)缺陷形成的熱阻增強(qiáng)，使得熱導(dǎo)率降低。雜質(zhì)原子與金屬原子的結(jié)構(gòu)差異越大，影響越大。4.氣孔率對(duì)熱傳導(dǎo)的影響氣孔率越大，熱導(dǎo)率越低。原因：空氣是熱的不良導(dǎo)體。絕熱材料多采用多孔材料1.4.5某些無機(jī)材料的熱導(dǎo)率

通常低溫時(shí)有較高熱導(dǎo)率的材料，隨著溫度升高，熱導(dǎo)率降低。如石墨,BeO和MgO等。低溫時(shí)有較低熱導(dǎo)率的材料，隨著溫度升高，熱導(dǎo)率升高。

1.4.6熱導(dǎo)率的測(cè)量1穩(wěn)態(tài)法2非穩(wěn)態(tài)法本節(jié)重點(diǎn)掌握內(nèi)容：1、固體材料的熱傳導(dǎo)機(jī)制（按金屬、半導(dǎo)體和絕緣體分類）。2、影響金屬、合金及無機(jī)材料熱傳導(dǎo)的主要因素及其規(guī)律。熱穩(wěn)定性是指材料承受溫度的急劇變化而不致破壞的能力。熱沖擊損壞類型：1．一種是在熱沖擊循環(huán)作用下，材料表面開裂、剝落，并不斷發(fā)展，最終碎裂或變質(zhì)。抵抗這類破壞的能力稱為抗熱沖擊損傷性。2．一種是材料發(fā)生瞬時(shí)斷裂。抵抗這類破壞的能力稱為抗熱沖擊斷裂性。

1.5材料的熱穩(wěn)定性不改變外力作用狀態(tài)，材料僅因熱沖擊造成開裂和斷裂而損壞，這是由于材料在溫度作用下產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過了材料的力學(xué)強(qiáng)度極限所致。材料的內(nèi)應(yīng)力(熱應(yīng)力)：1.5.1熱穩(wěn)定的表示方式（熱穩(wěn)定因子）1.5.2熱應(yīng)力及第一熱應(yīng)力斷裂抵抗因子彈性模量線性膨脹系數(shù)1、第一熱應(yīng)力斷裂抵抗因子R

值愈大，說明材料能承受的溫度變化愈大，即熱穩(wěn)定性愈好，定義：μ為泊松系數(shù)。R表示材料熱穩(wěn)定性的因子，稱為第一熱應(yīng)力斷裂抵抗因子或第一熱應(yīng)力因子。2、第二熱應(yīng)力斷裂抵抗因子R材料是否出現(xiàn)熱應(yīng)力斷裂，因然與熱應(yīng)力密切相關(guān)，但還與材料中應(yīng)力的分布，產(chǎn)生的速率和持續(xù)時(shí)間、材料特性（如塑性、均勻性、馳豫性）以及原先存在的裂紋、缺陷等有關(guān)。R`表示材料熱穩(wěn)定性的因子，單位J/(cm.s)，稱為第二熱應(yīng)力斷裂抵抗因子或第二熱應(yīng)力因子。μ為泊松系數(shù)。熱應(yīng)力引起的材料斷裂破壞，還涉及到材料的散熱問題，散熱使熱應(yīng)力得以緩解。與此有關(guān)的因素包括：（1）材料的熱導(dǎo)率λ愈快，熱應(yīng)力持續(xù)一定時(shí)間后很快緩解，所以對(duì)熱穩(wěn)定有利。（2）傳熱的途徑，即材料或制品的厚薄，薄的傳熱通道短，容易很快使溫度均勻。（3）材料表面散熱速率。如果材料表面向外散熱外（例如吹風(fēng)），材料內(nèi)、外溫差變大，熱應(yīng)力也大，如窯內(nèi)進(jìn)風(fēng)會(huì)使降溫度的制品炸裂。所以引入表面熱傳遞系數(shù)h，h定義為：如果材料表面溫度比周圍環(huán)境高1k，在單位表面積上，單位時(shí)間帶走的熱量。在一些實(shí)際場(chǎng)合中往往關(guān)心材料所允許的最大冷卻（或加熱）速率dT/dt。當(dāng)經(jīng)推導(dǎo)對(duì)于厚度為2rm的無限平板，