材料熱學(xué)性能學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1材料材料(cilio)熱學(xué)性能熱學(xué)性能第一頁(yè)，共67頁(yè)。2第1頁(yè)/共66頁(yè)第二頁(yè)，共67頁(yè)。3第2頁(yè)/共66頁(yè)第三頁(yè)，共67頁(yè)。相平衡(pnghng)各相之間不隨時(shí)間發(fā)生變化?；瘜W(xué)平衡(pnghng)化學(xué)組成和物質(zhì)數(shù)量不隨時(shí)間變化。第3頁(yè)/共66頁(yè)第四頁(yè)，共67頁(yè)。第4頁(yè)/共66頁(yè)第五頁(yè)，共67頁(yè)。第5頁(yè)/共66頁(yè)第六頁(yè)，共67頁(yè)。溫度(wnd)，動(dòng)能頻率、振幅1Ni()i動(dòng) 能熱 量各質(zhì)點(diǎn)熱運(yùn)動(dòng)時(shí)動(dòng)能的總和，就是該物體的熱量，即 第6頁(yè)/共66頁(yè)第七頁(yè)，共67頁(yè)。第7頁(yè)/共66頁(yè)第八頁(yè)，共67頁(yè)。第8頁(yè)/共66頁(yè)第九頁(yè)，共67頁(yè)。)./(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(yè)/共66頁(yè)第十頁(yè)，共67頁(yè)。iinCCiniC第10頁(yè)/共66頁(yè)第十一頁(yè)，共67頁(yè)。第11頁(yè)/共66頁(yè)第十二頁(yè)，共67頁(yè)。熱容的量子理論普朗克基本觀點(diǎn)：質(zhì)點(diǎn)的熱振動(dòng)大小不定，即動(dòng)能大小不是定值，但能量(nngling)是量子化的。簡(jiǎn)化模型：愛(ài)因斯坦量子熱容(r rn)模型德拜比熱模型第12頁(yè)/共66頁(yè)第十三頁(yè)，共67頁(yè)。第13頁(yè)/共66頁(yè)第十四頁(yè)，共67頁(yè)。第14頁(yè)/共66頁(yè)第十五頁(yè)，共67頁(yè)。第15頁(yè)/共66頁(yè)

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

4、l0(1)TVVVT3Vl第24頁(yè)/共66頁(yè)第二十五頁(yè)，共67頁(yè)。3VlVabc第25頁(yè)/共66頁(yè)第二十六頁(yè)，共67頁(yè)。第26頁(yè)/共66頁(yè)第二十七頁(yè)，共67頁(yè)。勢(shì)能勢(shì)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(yè)/共66頁(yè)第二十八頁(yè)，共67頁(yè)。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(yè)/共66頁(yè)第二十九頁(yè)，共67頁(yè)。第29頁(yè)/共66頁(yè)第三十頁(yè)，共67頁(yè)。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(yè)/共

5、66頁(yè)第三十一頁(yè)，共67頁(yè)。 :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(jià)鍵晶體中自由電子很特別是離子或共價(jià)鍵晶體中自由電子很少。少。r第31頁(yè)/共66頁(yè)第三十二頁(yè)，共67頁(yè)。 dvvlvC31熱容(r rn)C和平均自由程l都是振動(dòng)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(yè)/共66頁(yè)第三十三頁(yè)，共67頁(yè)。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(shì)一致。第33頁(yè)/共66頁(yè)第三十四頁(yè)，共67頁(yè)。影響影響(yngxing)熱導(dǎo)率的因素?zé)釋?dǎo)率的

6、因素第34頁(yè)/共66頁(yè)第三十五頁(yè)，共67頁(yè)。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(yè)/共66頁(yè)第三十六頁(yè)，共67頁(yè)。影響影響(yngxing)熱導(dǎo)率的因素?zé)釋?dǎo)率的因

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

8、五頁(yè)，共67頁(yè)。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(yè)/共66頁(yè)第四十六頁(yè)，共67頁(yè)。khrm 顯然顯然(xinrn)， 大，對(duì)熱穩(wěn)定性不利大，對(duì)熱穩(wěn)定性不利 第46頁(yè)/共66頁(yè)第四十七頁(yè)，共67頁(yè)。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(yè)/共66頁(yè)第四十八頁(yè)，共67頁(yè)。第48頁(yè)/共66頁(yè)第四十九頁(yè)，共67頁(yè)。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?。涣鸭y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(wèn)題的出發(fā)點(diǎn)考慮問(wèn)

10、題的出發(fā)點(diǎn)第49頁(yè)/共66頁(yè)第五十頁(yè)，共67頁(yè)?？篃釕?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(duì)熱穩(wěn)定性不利。蔓延，對(duì)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(yè)/共66頁(yè)第五十一頁(yè)

11、，共67頁(yè)。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(shí)所能冷，用放大鏡考察，看試樣不破裂時(shí)所能承受的最大溫差。對(duì)相同組成的各塊樣品，承受的最大溫差。對(duì)相同組成的各塊樣品，最大溫差并不是固定不變的，所以測(cè)定一最大溫差并不是固定不變的，所以測(cè)定一種玻璃的穩(wěn)定性，必須取多個(gè)試樣，并進(jìn)種玻璃的穩(wěn)定性，必須取多個(gè)試樣，并進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)。行平行實(shí)驗(yàn)。第51頁(yè)/共66頁(yè)第五十二頁(yè)，共67頁(yè)。第52頁(yè)/共66頁(yè)第五十三頁(yè)，共67頁(yè)。第53頁(yè)/共66頁(yè)第五十四頁(yè)，共67頁(yè)。TG曲線(qxin)示意圖第54頁(yè)/共66頁(yè)第五十五頁(yè)，共67頁(yè)。DTA示意圖第

12、55頁(yè)/共66頁(yè)第五十六頁(yè)，共67頁(yè)。第56頁(yè)/共66頁(yè)第五十七頁(yè)，共67頁(yè)。第57頁(yè)/共66頁(yè)第五十八頁(yè)，共67頁(yè)。第58頁(yè)/共66頁(yè)第五十九頁(yè)，共67頁(yè)。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(yè)/共66頁(yè)第六十頁(yè)，共67頁(yè)。第60頁(yè)/共66頁(yè)第六十一頁(yè)，共67頁(yè)。第61頁(yè)/共66頁(yè)第六十二頁(yè)，共67頁(yè)。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(duì)加熱加熱器在程序控制下對(duì)加熱塊加熱，其熱量通過(guò)電熱片塊加熱，其熱量通過(guò)電熱片同時(shí)對(duì)試樣和參比物加熱，同時(shí)對(duì)試樣和參比物加熱，使之受熱均勻。使之受熱均勻。第62頁(yè)/共66頁(yè)第六十三頁(yè)，共67頁(yè)。第63頁(yè)/共66頁(yè)第六十四頁(yè)，共67頁(yè)。DSCDSC是在控制溫度變化情況下，以溫度（或時(shí)間）是在控制溫度變化情況下，以溫度（或時(shí)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(cè)量是測(cè)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(cè)定測(cè)定H-T H-T 的關(guān)