第1-5講-熱傳導與熱穩(wěn)定性

材料的熱傳導與熱穩(wěn)定性基本概念：熱傳導熱導率（λ）熱擴散率（α）基本規(guī)律：傅立葉（Fourier）定律：魏德曼-弗蘭茲定律：材料的熱傳導熱導率λ(ThermalConductivity）：（1）穩(wěn)定傳熱過程:定義傅立葉（Fourier）定律：熱傳導:材料中熱量由高溫向低溫區(qū)域傳遞的現(xiàn)象。單位溫度梯度下，單位時間內通過單位垂直面積的熱量。λ導熱能力。材料的熱傳導對于一個外界無熱交換，本身又存在溫度梯度的物體，單位面積上的溫度隨時間的變化率為:定義熱擴散率：（1）不穩(wěn)定傳熱過程:導熱能力：λ儲熱能力：Cv熱擴散率：α魏德曼-弗蘭茲定律：許多金屬的熱導率與電導率之比與溫度成正比：λ/σ=LT固體材料熱傳導的微觀機理固體導熱：電子導熱，聲子導熱和光子導熱。金屬：主要是電子導熱為主，合金/半導體：電子/聲子導熱，絕緣體：聲子導熱熱傳導過程：材料內部的能量傳輸過程能量的載體：電子（德布羅意波）

聲子（格波）：聲頻波的量子光子（電磁波）熱傳導的物理機制聲子熱傳導：聲子從高濃度到低濃度區(qū)域的擴散過程。熱阻：

聲子擴散過程中的各種散射。熱傳導系數(shù)：其中，c：聲子比熱容；v：聲子傳播速度；l：聲子平均自由程。聲子和聲子導熱微觀機理格波的傳播看成是質點-聲子的運動；格波與物質的相互作用，則理解為聲子和物質的碰撞；格波在晶體中傳播時遇到的散射，則理解為聲子同晶體質點的碰撞；理想晶體中的熱阻，則理解為聲子與聲子的碰撞。晶體中，熱傳導的實質就是碰撞。

光子的導熱：光子在介質中的傳播過程（光的散射、衍射、吸收、反射和折射）熱輻射：熱射線的傳遞過程（可見光與部分近紅外光的區(qū)域）光子和光子導熱

微觀機理影響熱導率的因素溫度的影響顯微結構的影響化學組成的影響氣孔的影響溫度的影響

溫度較低時，主要是聲子傳導自由程則有隨溫度的升高而迅速降低的特點高溫時,λ則迅速降低，在40K附近，出現(xiàn)極大值。當達到1600K時，由于輻射傳熱，λ又有所升高

熱導率隨溫度的變化顯微結構的影響幾種不同晶型的無機材料熱導率與溫度的關系顯微結構的影響晶體和非晶體材料的導熱系數(shù)曲線化學組成的影響MgO-NiO的固溶體的熱導率材料的熱穩(wěn)定性抗熱沖擊斷裂性：材料發(fā)生瞬時斷裂；抗熱沖擊損傷性：在熱沖擊循環(huán)作用下，材料的表面開裂、剝落、并不斷發(fā)展，最終碎裂或變質。

熱穩(wěn)定性（抗熱振性）：材料承受溫度的急劇變化（熱沖擊）而不致破壞的能力。熱沖擊損壞的類型：熱穩(wěn)定性的表示方法1.一定規(guī)格的試樣，加熱到一定溫度，然后立即置于室溫的流動水中急冷，并逐次提高溫度和重復急冷，直至觀察到試樣發(fā)生龜裂，則以產生龜裂的前一次加熱溫度℃表示。（日用瓷）2.試樣的一端加熱到某一溫度，并保溫一定時間，然后置于一定溫度的流動水中或在空氣中一定時間，重復這樣的操作，直至試樣失重20%為止，以其操作次數(shù)n表示。耐火材料：1123K；40min；283－293K；3(5－!0)min3.試樣加熱到一定溫度后，在水中急冷，然后測其抗折強度的損失率，作為熱穩(wěn)定性的指標。（高溫結構材料）。熱應力的產生熱應力：由于溫度變化而引起的應力在復合體中，由于兩種材料的熱膨脹系數(shù)之間或結晶學方向有大的差別，形成應力，如果該應力過大，就可以在復合體中引起微裂紋。在材料中存在微裂紋，測出的熱膨脹系數(shù)出現(xiàn)滯后現(xiàn)象------膨脹系數(shù)低于單晶的膨脹系數(shù)。例如：在一些TiO2組成物中，有此現(xiàn)象。04008001200

溫度（0C）0.80.60.40.20.0膨脹（%）由于存在顯微裂紋而引起的多晶的熱膨脹滯后現(xiàn)象1.熱應力的產生（1）熱膨脹或收縮引起的熱應力當物體固定在支座之間，或固定在不同膨脹系數(shù)的材料上，膨脹受到約束時，在物體內就形成應力------（顯微應力）?？篃釠_擊斷裂性能熱應力引起的斷裂破壞，還要涉及散熱問題，因為這一個問題可緩解材料中的熱應力，一般有如下規(guī)律:熱導率越高，傳熱越快，有利于熱穩(wěn)定;傳熱途徑(通道)短，易使材料中的溫度均勻;表面散熱速率。該速率大，內外溫差就大，熱應力就高，就越不利于熱穩(wěn)定性。表面熱傳遞系數(shù)h—材料表面溫度比周