《材料物理性能》全套PPT課件

《材料物理性能》全套PPT課件,材料物理性能,材料,物理性能,全套,PPT,課件 4.1 引言 材料物理性能材料的熱性能 熱學性能：包括熱容、熱膨脹、熱傳導等，是材料的重要物理性能之一。它在材料科學的相變研究中有著重要的理論意義；在工程技術(shù)包括高技術(shù)工程中也占有重要位置。4.2 材料的熱容 材料物理性能材料的熱性能 固體熱容理論與固體的晶格振動有關(guān)?，F(xiàn)代研究確認，晶格振動是在彈性范圍內(nèi)原子的不斷交替聚攏和分離。這種運動具有波的形式，稱之為晶格波(又稱點陣波)。晶格振動的能量是量子化的。點陣波的能量量子稱為聲子。晶體熱振動就是熱激發(fā)聲子。根據(jù)原子熱振動的特點，從理論上闡明了熱容的物理本質(zhì)，并建立了熱容隨溫度變化的定量關(guān)系，其發(fā)展過程是從經(jīng)典熱容理論杜隆珀替定律經(jīng)愛因斯坦的量子熱容理論到較為完善的德拜量子熱容理論，以及其后對德拜熱容理論的完善發(fā)展。材料物理性能材料的熱性能在熱力學里，我們已經(jīng)知道，固體的定容比熱定義為：此處E是固體的平均內(nèi)能 一般情況下，固體的內(nèi)能當然包括晶格振動能量和電子運功的能量，在不同溫度T，晶格振動能量及電子運動能量的變化都對比熱有貢獻。當溫度不太低時，電子對比熱的貢獻遠比晶格的貢獻小，一般可以略去。根據(jù)經(jīng)典理論，每一個自由度的平均能量是其中 是平均動能，是平均勢能；是玻耳茲曼常數(shù)。若固體有N個原子，則總平均能能量，材料物理性能材料的熱性能則摩爾原子比熱為：在高溫時，這條定律和實驗符合得很好，但在低溫時，實驗指出絕緣體的比熱按 趨近于零，對導體來說，比熱按 趨近于零。q 材料的熱容：杜隆珀替定律q 材料的熱容：晶格振動的量子理論 材料物理性能材料的熱性能 根據(jù)量子理論，晶格振動的能量是量子化的。即頻率為 的振動能量為：其中 代表零振動能，對比熱沒有貢獻，略去不計。根據(jù)玻爾茲曼分布，具有能量為 的諧振子數(shù)目正比于 材料物理性能材料的熱性能那么，溫度為T，振動頻率為 的諧振子的平均能量為：令，材料物理性能材料的熱性能由于晶體中有N個原子，每個原子有3個自由度，因此晶體有3N個正則頻率，則平均能量應為：如果頻率分布可以用一個積分函數(shù)表示，上式的累加號變?yōu)榉e分形式。設(shè) 表示角頻率在 和 之間的格波數(shù)，而且則平均能量可以寫成，材料物理性能材料的熱性能而比熱可寫成，由此可見，用量子理論求比熱時，問題的關(guān)鍵在于如何求角頻率的分布函數(shù) 。對于具體的晶體，的計算非常復雜。一般討論時，就常采用簡化的愛因斯坦模型及德拜模型。q 材料的熱容：晶格振動的量子理論（愛因斯坦模型）材料物理性能材料的熱性能愛因斯坦模型：假設(shè)晶體中所有的原子都以相同的頻率振動。所以，晶體的平均能量：式中，稱為愛因斯坦比熱函數(shù)。材料物理性能材料的熱性能通常，用愛因斯坦溫度 代替頻率 ，定義：當溫度比較高時，這與杜隆珀替定律一致。材料物理性能材料的熱性能 當溫度非常低時，則但是在極低溫度時，實驗表明，比熱和 成正比，而上式得到的比熱值則比 更快地趨近于零，和實驗結(jié)果有很大差別。q 材料的熱容：晶格振動的量子理論（德拜模型）材料物理性能材料的熱性能德拜關(guān)于固體比熱的模型的主要特點是：把布喇菲晶格看作是各向同性的連續(xù)介質(zhì)，即把格波看作是彈性波，并且還假定縱的和橫的彈性波的波速相等，都是 。角頻率在 和 之間的格波數(shù)為，材料物理性能材料的熱性能式中，稱為德拜比熱函數(shù)。同樣可得到，由上式可以得到如下的結(jié)論：（1）當溫度較高時，即，即杜隆珀替定律。（2）當溫度很低時，即 ，計算得 這表明當T0時，CV與T3成正比并趨于0，這就是德拜T3定律，它與實驗結(jié)果十分吻合，溫度越低，近似越好。q 金屬和合金的熱容 材料物理性能材料的熱性能 金屬與其他固體的重要差別之一是其內(nèi)部有大量自由電子。討論金屬熱容，必須先認識自由電子對金屬熱容的貢獻。經(jīng)典自由電子理論把自由電子對熱容的貢獻估計很很大，在 數(shù)量級，并且與溫度無關(guān)。但實測電子對熱容的貢獻，常溫下只有此數(shù)值的l100。用量子自由電子理論可以算出自由電子對熱容的貢獻。已證明電子的平均能量為，則電子摩爾熱容為，,z為金屬原子價數(shù) 材料物理性能材料的熱性能以銅為例，計算其自由電子熱容為，材料物理性能材料的熱性能溫度很低時，則電子熱容與原子熱容之比為，金屬熱容需要同時考慮晶格振動和自由電子二部分對熱容貢獻，金屬熱容可寫成，上式兩邊同除以T，化的直線。右圖是根據(jù)實驗測得的金屬鉀熱容值繪制的圖形。材料物理性能材料的熱性能 陶瓷材料一船是多晶多相系統(tǒng)，材料中的氣孔率對單位體積的熱容有影響。多孔材料因為質(zhì)量輕，所以熱容小，故提高輕質(zhì)隔熱材料的溫度所需的熱量遠低于致密的耐火材料，因此周期加熱的窯爐盡可能選用多孔的硅藻土磚、泡沫剛玉等，以達到節(jié)能的目標。q 陶瓷材料的熱容 材料物理性能材料的熱性能 由于陶瓷材料主要由離子鍵和共價鍵組成，室溫下幾乎無自由電子，因此熱容與溫度關(guān)系更符合德拜模型。實驗證明，在較高溫度下（573K以上)，固體的摩爾熱容約等于構(gòu)成該化合物各元素原子熱客的總和：q 相變對熱容的影響 材料物理性能材料的熱性能 材料在發(fā)生相變時，形成新相的熱效應大小與形成新相的形成熱有關(guān)。其一般規(guī)律是：以化合物相的形成熱最高，中間相形成熱居中，固溶體焓、自由能、熵、熱容隨溫度變化示意圖形成熱最小。在化合物中以形成穩(wěn)定化合物的形成熱最高，反之形成熱低。根據(jù)熱力學函數(shù)相變前后的變化，相變可以分為一級相變和二級相變。熱力學分析已證明，發(fā)生一級相變時，除有體積突變外，還伴隨相變潛熱發(fā)生。由右圖(a)可見一級相變時熱力學函數(shù)變化的特點，即在相變溫度下，焓(H)發(fā)生突變，熱容為無限大。一級相變 材料物理性能材料的熱性能金屬熔化時，溫度和焓的關(guān)系如由右圖所示，在較低溫度時，隨溫度升高，熱量緩慢增加，其后逐漸加快，到某一溫度Tm時，熱量的增加幾乎是宣線上升。在高于這個溫度之后，所需熱量的增加又變得緩慢。Tm為金屬熔點，在此溫度下金屬由固態(tài)變成液態(tài)，需要吸收部分熱量，這部分 熱量即為熔化熱。如將液態(tài)金屬的焓變化曲線和固態(tài)金屬的焓變化曲線相比較，可發(fā)現(xiàn)液態(tài)金屬比固態(tài)(晶體)金屬的焓高，因此可以說液態(tài)金屬的熱容比固態(tài)熱容大。材料物理性能材料的熱性能 陶瓷材料發(fā)生一級相變時，材料的熱容會發(fā)生不連續(xù)突變，如右圖所示。材料物理性能材料的熱性能 二級相變 這類轉(zhuǎn)變大都發(fā)生在一個有限的溫度范圍。發(fā)生二級相變時，其焓也發(fā)生變化，但不像一級相變那樣發(fā)生突變；其熱容在轉(zhuǎn)變溫度附近也有劇烈變化，但為有限值。這類相變包括磁性轉(zhuǎn)變、部分材料中的有序一無序轉(zhuǎn)變(有人認為部分轉(zhuǎn)變可屬于一級相變)、超導轉(zhuǎn)變等。右圖所示為CuCl2在24K時磁性轉(zhuǎn)變。材料物理性能材料的熱性能 純鐵在加熱時也會發(fā)生磁性轉(zhuǎn)變?nèi)缬覉D中的轉(zhuǎn)變點，對熱容的影響比較顯著。q 熱分折 材料物理性能材料的熱性能 焓和熱容是研究合金相變過程中重要的參數(shù)。研究焓和溫度的關(guān)系，可以確定熱容的變化和相變潛熱。量熱和熱分析就是建立在熱測量及溫度測量基礎(chǔ)上的。熱容測量在物理學中測定的方法主要是量熱計法，在普通物理學中已介紹過。在金屬學研究中常用的主要是撒克司(Sykes)和史密斯(Smith)法。它們測定金屬比熱容是以電加熱為基礎(chǔ)?，F(xiàn)代常用的熱分析方法。在程序控制溫度下，測量物質(zhì)的物理性質(zhì)與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。根據(jù)國際熱分析協(xié)會(ICTA)的分類，熱分析方法共分為九類十七種，見下表所列。由表可知，它們是把溫度(或熱)測量與其他物理性質(zhì)測定結(jié)合起來的分析方法。材料物理性能材料的熱性能熱分析方法的分類 材料物理性能材料的熱性能 差熱分析(DTA)差熱分析是在程序控制溫度下，測量處于同一條件下樣品與參比物的溫度差和溫度關(guān)系的一種技術(shù)。參比物：又稱為標準試樣，往往是穩(wěn)定的物質(zhì)，其導熱、比熱容等物理性質(zhì)與試樣相近，但在應用的試驗溫度內(nèi)不發(fā)生組織結(jié)構(gòu)變化。試樣和參比物在相同的條件下加熱和冷卻。試樣和參比物之間的溫差通常用對接的兩支熱電偶進行測定。熱電偶的兩個接點分別與盛裝試樣和參比物坩鍋底部接觸，或者分別直接插入試樣和參比物中。測得的溫差電動勢經(jīng)放大后由xY記錄儀直接把試樣和參比物之間的溫差記錄下來。材料物理性能材料的熱性能材料物理性能材料的熱性能 差示掃描量熱法(DSC-Differential Scanning Calorimetry)根據(jù)測量方法不同，示差掃描量熱器分為功率補償型和熱流型。功率補償型DSC原理圖及DSC分析曲線見下圖所示。其主要特點是試樣和參比物分別具有獨立的加熱器和傳感器。通過加熱調(diào)整試樣的加熱功率使試樣和參比物的溫度為零。材料物理性能材料的熱性能這樣可以從補償?shù)墓β手苯佑嬎銦崃髀省?.3 材料的熱膨脹 材料物理性能材料的熱性能q 熱膨脹性能的微觀機制 固體材料熱膨脹本質(zhì)歸結(jié)為點陣結(jié)構(gòu)中的質(zhì)點間平均距離隨溫度升高而增大。雙原子相互作用勢能曲線 由于熱運動，兩個原于的相互位置在不斷變化。令它離開平衡位置的位移為x，則兩個原子間的距離為：雙原子模型：溫度為0K時，原于處于平衡位：兩個原子間的勢能是兩個原子間距r的函數(shù)：材料物理性能材料的熱性能勢能為：材料物理性能材料的熱性能雙原子相互作用勢能曲線 根據(jù)玻爾茲曼統(tǒng)計，由上式可以算出其平均位移：隨著溫度增加，原子偏離0K的振動中心距增大，物體宏觀上膨脹了。材料物理性能材料的熱性能q 材料的熱膨脹系數(shù) 熱膨脹系數(shù)的計算定義：溫度區(qū)間 試樣長度變化值為 ，則平均線膨脹系數(shù)為，熱膨脹曲線示意圖 溫度為T時，材料的真線膨脹系數(shù)為：平均體膨脹系數(shù)為，材料物理性能材料的熱性能 熱膨脹是固體材料受熱以后晶格振動加劇而引起的容積膨脹，而晶格振動的激化就是熱運動能量的增大。升高溫度時能量的增量比率也就是熱容，所以熱膨脹系數(shù)顯然與熱容關(guān)系密切。熱膨脹系數(shù)與其他物理量的關(guān)系 格律乃森從晶格振動理論導出金屬體膨脹系數(shù)與熱容間存在的關(guān)系式為，格律乃森常數(shù) ，是表示原子非線性振動的物理量。格律乃森還提出了固態(tài)的體熱膨脹極限方程。指出一般純金屬由溫度0K加熱到熔點 ，膨脹量為6。物體熔點愈低，則物質(zhì)的膨脹系數(shù)愈大 材料物理性能材料的熱性能膨脹系數(shù)和金屬熔點 有一定聯(lián)系，其經(jīng)驗公式為：對大多數(shù)立方晶格和六方品格金屬，常數(shù) 熔點與膨脹系數(shù)倒數(shù)的關(guān)系 材料物理性能材料的熱性能 熱膨脹系數(shù)的影響因素1)合金成分和相變 組成合金的溶質(zhì)元素及含量對合金的熱膨脹的影響極為明顯；不同溶質(zhì)元素對純鐵 的影響連續(xù)固溶體膨脹系數(shù)與合金無素含量的關(guān)系 材料物理性能材料的熱性能 對于大多數(shù)合金來說，如合金形成均一的單相固溶體，則合金的膨脹系數(shù)一般是介于組元的膨脹系數(shù)之間，符合相加律的規(guī)律。當金屬和合金發(fā)生一級或二級相變時，其膨脹量和膨脹系數(shù)都會發(fā)生變化。相變膨脹量與膨脹系數(shù)變化示意圖純鐵加熱時比容變化曲線 材料物理性能材料的熱性能屬于二級相變的有序一無序轉(zhuǎn)變，在其相變點處膨脹系數(shù)曲線上有拐點。當冷卻時合金發(fā)生有序轉(zhuǎn)變，由于有序合金原子間結(jié)合力增強的結(jié)果，膨脹系數(shù)也稍有降低。材料物理性能材料的熱性能2)晶體缺陷 熱缺陷的明顯影響是在溫度接近熔點時，由下面的公式可以找到空位引起的熱膨脹系數(shù)變化值：由空位引起的晶體附加體積變化可寫成關(guān)系式：材料物理性能材料的熱性能3)晶體各向異性 對于結(jié)構(gòu)對稱性較低的金屬或其他晶體，其熱膨脹系數(shù)有各向異性。一般說來彈性模量較高的方向?qū)⒂休^小的膨脹系數(shù)，反之亦然。一些各向異性晶體的主膨脹系數(shù) 材料物理性能材料的熱性能4)鐵磁性轉(zhuǎn)變 對于鐵磁性金屬和合金如鐵、鈷、鎳及其某些合金，膨脹系數(shù)隨溫度變化，在正常的膨脹曲線上出現(xiàn)附加的膨脹峰，這些變化稱為反常膨脹。其中鎳和鉆的熱膨脹峰向上為正，稱為正反常；而鐵的熱膨脹峰向下為負，稱為負反常。鐵鎳合金也具有負反常的膨脹特性。鐵、鈷、鎳磁性轉(zhuǎn)變區(qū)的膨脹曲線Fe-35%Ni合金負反常膨脹曲線 材料物理性能材料的熱性能q 多晶體和復合材料的熱膨脹系數(shù) 鋼的熱膨脹特性 材料物理性能材料的熱性能 多相及復合材料的熱膨脹系數(shù) 多相合金若是機械混合物，則膨脹系數(shù)介于這些相膨脹系數(shù)之間，近似符合直線規(guī)律，故可根據(jù)各相所占的體積分數(shù) 按相加方法粗略地估計多相合金的膨脹系數(shù)。例如合金具有二相組織，當其彈性模量比較接近時，其合金的膨脹系數(shù)為：若其二相彈性模量相差較大，則按下式計算：總的說來，多相合金中熱膨脹系數(shù)對組織分布狀況不敏感，主要由合金相的性質(zhì)及含量決定。材料物理性能材料的熱性能 陶瓷材料都是一些多晶體或幾種晶體加上玻璃相構(gòu)成的復合體。若各向同性晶體構(gòu)成多晶體，則膨脹系數(shù)與單晶體相同；若為各向異性，則導致熱膨脹系數(shù)的變化。分析多相陶瓷材料或復合材料的熱膨脹系數(shù)時應注意以下二點：(1)組成相中可能發(fā)生的相變，引起熱膨脹異常變化；(2)復合體內(nèi)的微觀裂紋引起熱膨脹系數(shù)的滯后現(xiàn)象，特別是大晶粒樣品更應注意。材料物理性能材料的熱性能q 熱膨脹系數(shù)測試方法及應用 熱膨脹的測量方法干分表簡易膨脹儀1)千分表簡易膨脹儀 材料物理性能材料的熱性能2)光學膨脹儀 材料物理性能材料的熱性能3)電測膨脹儀差動變壓器膨脹儀結(jié)構(gòu)示意圖差動變壓器原理膨脹儀結(jié)構(gòu)方框圖 材料物理性能材料的熱性能 膨脹法在材料研究中的應用1)測定鋼的臨界點；2)測定鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線；3)測定鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(ccT曲線)；4)研究快速升溫時金屬相變及合金時效動力學；5)研究晶體缺陷。材料物理性能材料的熱性能q 膨脹合金 低膨脹合金 低膨脹合金主要應用于儀器儀表工業(yè)中，如應用于標準量尺、精密天平、標準電容、標準頻率計的諧振腔等。另外低膨脹合金也用于和高膨脹合金匹配制成熱雙金屬的熱敏元件。材料物理性能材料的熱性能 廣泛使用的因瓦(我國牌號為4J36)和超因瓦合金(4J32和4J5)。在要求抗腐蝕條件下，不銹因瓦(4J9)也有一定應用。材料物理性能材料的熱性能 定膨脹合金 定膨脹合金主要是在電真空技術(shù)中用來和玻璃、陶瓷等封接而構(gòu)成電真空器件的結(jié)構(gòu)材料，故定膨脹合金(即可伐合金)也稱封接合金。這類合金的主要特點是膨脹系數(shù)在一定溫度范圍內(nèi)基本不變。并和被封接材料匹配。定膨脹合金性能與用途 材料物理性能材料的熱性能 熱雙金屬 熱雙金屬是由兩層膨脹系數(shù)不同的合金片沿層間接觸面焊合而成的復合材料。高膨脹系數(shù)的合金層稱為主動層，低膨脹系數(shù)的合金層稱為被動層。在加熱時，由于兩層的膨脹系數(shù)不同，主動層伸長很多，于是雙金屬片就向被動層彎曲，從而把熱能簡單地轉(zhuǎn)換成機械能，產(chǎn)生一定的力或位移，因而可作為各種測量或控制儀表的傳感元件，大量應用在工業(yè)和家用電器中。四、熱傳導四、熱傳導4.1 4.1 定義：當固體材料一端的溫度比另一端高時，熱量就會從熱定義：當固體材料一端的溫度比另一端高時，熱量就會從熱端自動傳向冷端，這個現(xiàn)象稱為熱傳導。端自動傳向冷端，這個現(xiàn)象稱為熱傳導。為x方向上的溫度梯度。4.2 熱傳導的微觀機理熱傳導的微觀機理4.2.1 4.2.1 熱傳導機制熱傳導機制聲子機制聲子機制光子機制光子機制電子機制電子機制4.2.1.1 材料熱傳導的微觀機理材料熱傳導的微觀機理氣體導熱氣體導熱分子間直接碰撞；分子間直接碰撞；金屬導熱金屬導熱自由電子間碰撞；自由電子間碰撞；固體導熱固體導熱晶格振動的格波聲子碰撞，晶格振動的格波聲子碰撞，并且格波分為聲頻支和光頻支兩類。并且格波分為聲頻支和光頻支兩類。4.2.2 聲子和聲子熱導聲子和聲子熱導分子碰撞分子碰撞分子與分子之間存在著相互作用力，當兩分子離得較遠分子與分子之間存在著相互作用力，當兩分子離得較遠時，分子之間的作用力表現(xiàn)為吸引力，但當兩分子接近時，分子之間的作用力表現(xiàn)為吸引力，但當兩分子接近到一定程度后，分子之間的作用力會改變?yōu)榕懦饬?，并到一定程度后，分子之間的作用力會改變?yōu)榕懦饬?，并隨其接近距離的減小，排斥力迅速增加。當兩分子接近隨其接近距離的減小，排斥力迅速增加。當兩分子接近到一定程度時，排斥力的作用使兩分子分開。這種由接到一定程度時，排斥力的作用使兩分子分開。這種由接近而至排斥分離的過程就是分子的碰撞過程。近而至排斥分離的過程就是分子的碰撞過程。1.1.分子有效直徑分子有效直徑分子在碰撞過程中，兩分子質(zhì)心的最短距離（即發(fā)生斥分子在碰撞過程中，兩分子質(zhì)心的最短距離（即發(fā)生斥離的質(zhì)心距離）稱為分子有效直徑。離的質(zhì)心距離）稱為分子有效直徑。2.2.分子運動自由程分子運動自由程一個分子在相鄰兩次分子碰撞之間所經(jīng)過的路程。一個分子在相鄰兩次分子碰撞之間所經(jīng)過的路程。3.3.分子運動平均自由程分子運動平均自由程 任一分子在運動過程中都在不斷變化自由程，而在一定任一分子在運動過程中都在不斷變化自由程，而在一定的外界條件下，不同物質(zhì)的分子其自由程各不相同。在的外界條件下，不同物質(zhì)的分子其自由程各不相同。在某時間間隔內(nèi)自由程的平均值稱為平均自由程某時間間隔內(nèi)自由程的平均值稱為平均自由程。設(shè)設(shè)Vm為某一分子的平均速度；為某一分子的平均速度；f為碰撞頻率；為碰撞頻率；m為平均為平均自由程自由程 則則m=Vm/ff=V m/m 由熱力學原理可知：由熱力學原理可知：4.平均自由程的主要因素平均自由程的主要因素 溫溫度度、壓壓力力及及分分子子有有效效直直徑徑是是影影響響分分子子運運動動平平均均自自由由程程的的主主要要因因素素。當當壓壓力力一一定定時時，一一定定物物質(zhì)質(zhì)的的分分子子運運動動平平均均自自由由程程隨隨溫溫度度增增加加而而增增加加。當當溫溫度度一一定定時時，平平均均自自由由程程m與與壓壓力力p成成反反比比，壓壓力力越越小?。ㄕ嬲婵湛斩榷仍皆礁吒撸?，m越越大大，即即分分子子間間碰碰撞撞機機會會越越少少。不不同同物物質(zhì)質(zhì)因因 其其 有有 效效 直直 徑徑 不不 同同，因因 而而 分分 子子 平平 均均 自自 由由 程程 不不 同同。4.2.3 光子熱導光子熱導4.2.3.1在溫度在溫度T時黑體單位容積的輻射能時黑體單位容積的輻射能4.2.3.2 介質(zhì)中的輻射傳熱介質(zhì)中的輻射傳熱任何溫度下的物體既能輻射出一定頻率的射線，同樣任何溫度下的物體既能輻射出一定頻率的射線，同樣也能吸收類似的射線。也能吸收類似的射線。在熱穩(wěn)定狀態(tài)，介質(zhì)中任一體積元平均輻射的能量與在熱穩(wěn)定狀態(tài)，介質(zhì)中任一體積元平均輻射的能量與平均吸收的能量相等。平均吸收的能量相等。當介質(zhì)中存在溫度梯度時，相鄰體積間溫度高的體積當介質(zhì)中存在溫度梯度時，相鄰體積間溫度高的體積元輻射的能量大，吸收的能量??；溫度較低的體積元元輻射的能量大，吸收的能量??；溫度較低的體積元正好相反，吸收的能量大于輻射的，因此，產(chǎn)生能量正好相反，吸收的能量大于輻射的，因此，產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)移，整個介質(zhì)中熱量從高溫處向低溫處傳遞。的轉(zhuǎn)移，整個介質(zhì)中熱量從高溫處向低溫處傳遞。4.2.3 自由電子引起的電子熱導自由電子引起的電子熱導4.3 影響材料熱傳導性能的因素影響材料熱傳導性能的因素4.3.1 4.3.1 溫度的影響溫度的影響圖圖8-15 單晶單晶Al2O3溫度熱導率曲線溫度熱導率曲線4.3.2 4.3.2 晶體結(jié)構(gòu)的影響晶體結(jié)構(gòu)的影響聲子傳導與晶格振動的非諧振有關(guān)，晶體結(jié)構(gòu)越復雜，聲子傳導與晶格振動的非諧振有關(guān)，晶體結(jié)構(gòu)越復雜，晶格振動的非諧振性程度越大，格波受到的散射越大，晶格振動的非諧振性程度越大，格波受到的散射越大，因此聲子平均自由程越小，熱傳導率越低。因此聲子平均自由程越小，熱傳導率越低。u同一種材料，多晶體的熱導率總是小于單晶體。同一種材料，多晶體的熱導率總是小于單晶體。由于多晶體中晶粒尺寸小、晶由于多晶體中晶粒尺寸小、晶界多、缺陷多、晶界處雜質(zhì)多，界多、缺陷多、晶界處雜質(zhì)多，聲子更易受到散射，它的平均聲子更易受到散射，它的平均自由程要小得多，故熱導率小。自由程要小得多，故熱導率小。低溫多晶與單晶的熱導率相一低溫多晶與單晶的熱導率相一致，溫度升高差異變大，說明致，溫度升高差異變大，說明了晶界、缺陷、雜質(zhì)等在較高了晶界、缺陷、雜質(zhì)等在較高溫度對聲子傳導有更大阻礙作溫度對聲子傳導有更大阻礙作用，同時單晶溫度升高后光子用，同時單晶溫度升高后光子傳導效果更明顯。傳導效果更明顯。圖圖8-18 8-18 石英與石英玻璃熱導率與溫度的關(guān)系石英與石英玻璃熱導率與溫度的關(guān)系400K-600K中低溫范圍，中低溫范圍，光子導熱可光子導熱可以忽略。以忽略。600K-900K光子導熱開光子導熱開始增大。不始增大。不透明的材料透明的材料趨于平行橫趨于平行橫軸。軸。900K以上光以上光子導熱急劇子導熱急劇增加。不透增加。不透明的材料趨明的材料趨于平行橫軸。于平行橫軸。非晶態(tài)熱導率曲線非晶態(tài)熱導率曲線4.3.3 4.3.3 化學組成化學組成1.1.2.2.3.3.4.4.4.3.4 缺陷缺陷圖圖8-20 MgO-NiO8-20 MgO-NiO系固溶體的熱導率系固溶體的熱導率4.3.5 復相材料的熱導率復相材料的熱導率在陶瓷材料中，一般玻璃相是連續(xù)相，因此，普通的瓷和粘土制品在陶瓷材料中，一般玻璃相是連續(xù)相，因此，普通的瓷和粘土制品的熱導率更接近其中玻璃相的熱導率。的熱導率更接近其中玻璃相的熱導率。4.3.6 氣孔的影響氣孔的影響4.4.1 穩(wěn)態(tài)測試，測導熱系數(shù)穩(wěn)態(tài)測試，測導熱系數(shù) 4.4 4.4 熱傳導參量的測試：熱傳導參量的測試：導熱系數(shù)測定儀示意圖導熱系數(shù)測定儀示意圖穩(wěn)定流動狀態(tài)下，在穩(wěn)定流動狀態(tài)下，在時間內(nèi)沿圓柱體各截面流過的時間內(nèi)沿圓柱體各截面流過的熱量熱量Q(Q(如圖如圖8 824)24)，可用下式表示：，可用下式表示：圖圖8-24 8-24 導熱系數(shù)測定儀測量原理導熱系數(shù)測定儀測量原理圖圖4.5 導熱系數(shù)的應用導熱系數(shù)的應用