(第八章)材料的热学性能-.ppt

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1、(第八章)材料的热学性能-2010 Four short words sum up what has lifted most successful Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more. individuals above the crowd: a little bit more. -author -author -date-date定义：定义：由于材料及其制品都是在一定的温度环境下由于材料及其制品都是在一定的温度环境下使用的，

2、在使用过程中，将对不同的温度做出反映，使用的，在使用过程中，将对不同的温度做出反映，表现出不同的热物理性能，这些热物理性能称为材表现出不同的热物理性能，这些热物理性能称为材料的热学性能。料的热学性能。材料的热学性能材料的热学性能热分析：热分析： 差热，示差，热重差热，示差，热重热容的应用热容的应用热膨胀的利用热膨胀的利用自控调温剂自控调温剂 温度控制阀温度控制阀 热敏蜡热敏蜡 热膨胀的避免热膨胀的避免石英陶瓷石英陶瓷快速模具快速模具陶瓷阀陶瓷阀热传导材料热传导材料热传导胶带热传导胶带 铝合金散热器铝合金散热器 导热油导热油复合玻璃纤维板（保温材料）复合玻璃纤维板（保温材料）暖通空调领域的早暖通

3、空调领域的早期应用，主要发挥期应用，主要发挥了它作为保温材料了它作为保温材料的热学性能。的热学性能。 保温材料保温材料保温毡保温毡保温材料保温材料硅酸铝制品硅酸铝制品 1.1 热运动实质是晶格质点振动热运动实质是晶格质点振动一、热性能的物理基础一、热性能的物理基础固体材料点阵中的质点总是围绕其平衡位置固体材料点阵中的质点总是围绕其平衡位置作微小振动，这种振动就为晶格热振动。作微小振动，这种振动就为晶格热振动。晶格热振动是三维的，可以将其简单分解为晶格热振动是三维的，可以将其简单分解为三个方向的线性热振动。三个方向的线性热振动。 s-1 s s+1 s+2 s+3 s+4aK或或qK或或q1.2

4、 一维单原子晶格的线性振动一维单原子晶格的线性振动 条件条件：每个原子都具有相同的质量每个原子都具有相同的质量m；晶格常数（平衡时原子间距）为晶格常数（平衡时原子间距）为a；热运动使原子离开平衡位置热运动使原子离开平衡位置x。 n-2 n-1 n n+1 n+2 n+3 xn-2 xn-1 xn xn+1 xn+2 xn+3设：设：原子间的作用力是和位移成正比，但方向相反原子间的作用力是和位移成正比，但方向相反的弹性力；的弹性力；两个最近邻原子间才有作用力两个最近邻原子间才有作用力-短程弹性力短程弹性力。xn表示第表示第n个原子离开平衡位置的位移，第个原子离开平衡位置的位移，第n个原子个原子相

5、对第相对第n+1个原子间的位移是：个原子间的位移是： a+ xn xn+1- a= xn xn+1同理：第同理：第n个原子相对第个原子相对第n-1个原子间的位移是：个原子间的位移是： xn xn-1第第n个原子受第个原子受第n+1个原子的作用力个原子的作用力 ： Fn，n+1= -ks(xn- xn+1)1.2.1 原子间的作用力服从虎克定律原子间的作用力服从虎克定律则第则第n个原子所受原子的总力为：个原子所受原子的总力为： F= Fn，n+1 +Fn，,n-1 得：得：F=ks (xn+1+xn-1-2xn)第第n个原子受第个原子受第n-1个原子的作用力个原子的作用力： Fn，,n-1= -

6、ks(xn- xn-1) 1.2.2 原子间的作用力服从牛顿定律原子间的作用力服从牛顿定律第第n个原子运动方程：个原子运动方程：材料的热量（个质点）材料的热量（个质点）格波格波格波：格波：晶格中的所有原子以相同频率振动而形成的晶格中的所有原子以相同频率振动而形成的波，或某一个原子在平衡位置附近的振动是以波的波，或某一个原子在平衡位置附近的振动是以波的形式在晶体中传播的。形式在晶体中传播的。 nn+2n-1n+1n-22 /q= 格波的特点格波的特点： 晶格中原子的振动；晶格中原子的振动； 相邻原子间存在固定的位相。相邻原子间存在固定的位相。1.3 质点简谐振动有以下特点质点简谐振动有以下特点

7、（1）每个质点都有一定振动频率）每个质点都有一定振动频率 （2）各质点振动的耦合形成格波）各质点振动的耦合形成格波 （3） 低频率格波低频率格波:频率低、质点间位相差不大频率低、质点间位相差不大 声频支声频支 高频率格波高频率格波:频率高、质点间位相差很大频率高、质点间位相差很大 光频支光频支minmaxVV弹性波速度在固体材料中为固定值即：lnln=1.3.1 一维双原子点阵中的格波一维双原子点阵中的格波 2.1 定义定义: 材料在温度变化时且无相变及化学反应材料在温度变化时且无相变及化学反应条条 件下，温度升高件下，温度升高1K所吸收的热量。单位：所吸收的热量。单位：J/K。 1TTQCC

8、m平均21TQT -T骣 =桫 1111PVPPVVQHCmmQECmmTTTT骣骣抖鼢珑=鼢珑鼢珑桫桫抖骣骣抖鼢珑=鼢珑鼢珑桫桫抖（1） 与与 均是温度的函数均是温度的函数（2）（3） 实验上测定方便，但实验上测定方便，但 理论上更有意义。理论上更有意义。PVCCPCVCPCVC二、热容二、热容铝挤塞铜制作工艺，将铜材导热速度快和铝材单位质量下热容铝挤塞铜制作工艺，将铜材导热速度快和铝材单位质量下热容更高的优点结合。更高的优点结合。 生活中材料热容的应用生活中材料热容的应用 (a) 计算谐振子平均能量计算谐振子平均能量 (b) 计算单位摩尔原子的总能量计算单位摩尔原子的总能量 E (c) 根

9、据热容定义计算根据热容定义计算eVVEC骣 =桫 T13 232kTkTe=鬃=33AEN kTRT=33VVVERTCRTT骣骣抖鼢珑=鼢珑鼢珑桫桫抖2.2 热容经验模型热容经验模型（2）杜隆珀替模型）杜隆珀替模型（1）推导思路）推导思路25J/(K25J/(Kmol)mol)（3）柯普定律v化合物分子热容等于构成此化合物各元素原化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。子热容之和。 Enexpexpex p (a) nEnhkTkTnhnhkTT能量为的谐振子数目正比于 所以温度 下谐振子平均能量 (2) 爱因斯坦模型 假设：谐振子振动独立；振动频率均为高温下与实验结果符合很好，低

10、温下相差较大，这 是因为经典理论不适用于低温，必须采用量子理论 。讨论：nnnen骣骣鼢珑-=-鼢珑鼢珑桫桫骣-桫=00exp1exp33exp1AAhhnhkTkThENNhkT (b)nnnnen=骣骣-桫桫=骣-桫2.3 固体热容的量子理论固体热容的量子理论 2.3.1 2.3.1 爱因斯坦模型爱因斯坦模型,2222exp33exp1expexp1VmAEEEVEChEhkTCN kRfkTThkThhhkTfTkTkhkTE（ ） T ： 爱因斯坦函数； ：爱因斯坦温度讨论：高温时nqnnnqnnqn骣骣骣骣桫鼢珑=鼢珑鼢珑桫桫桫骣-桫骣骣骣桫=桫桫骣-桫23 ,3exp,RhhRkT

11、kTV,mV,m3，kTh , h /kT1, C这和杜隆定律结论一致。 低温时，kTh ，C这与实验结果不符合， 实验结果是：低温下热容与T 成正比。 不符合原因：原子振动并非独立，彼此存在耦合； 原子振动频率 并非单一，存在一个频率范围。nnnnn骣骣鼢珑=-鼢珑鼢珑桫桫（2）德拜模型 假设：介质连续；谐振子振动频率在一定范围内分布。 2.3.2 德拜模型德拜模型max2300333030maxexp1( )3012( ),1262AAhhkTgdNgNhbkmaxmaxD0 频率从0至的振子总数目为 为振子频率分布函数。3 由确定，和分别是纵、横波速度。 由以上三式可得到 (a) ( 定

12、义德拜温度：，则由上式得到）33343Dkh N3 2.3.2 德拜模型德拜模型,maxmax230342012( )00exp1913DVmDxAxDVDADThxkThEgddhkTETe xCN kdxeN kfT30 令，将和，代入下面的内能表达式 然后对温度微分，整理得： T (c)3420331DDDxDDxDTR fTTe xfdxTe ：德拜函数,max44max203342013341514991V mDV mDDDDxDxDxAxDDTTfTCRfRe xTdxTeTe xTCNkdxRe 高 温 时 ， kTh， 即 x1， 故， 这 和 杜 隆 定 律 结 论 一 致

13、。 低 温 时 ， kTh， 即， 可 认 为， 因 此 故 讨 论 ：34412155DTR2.3.2.1 讨论：讨论：2.3.2.2 德拜模型的优点与不足德拜模型的优点与不足v没有考虑电子温度，而对金属而言低温下热容基本没有考虑电子温度，而对金属而言低温下热容基本由电子贡献，正比于由电子贡献，正比于T。v解释不了超导现象。解释不了超导现象。v对某些化合物的计算结果与实验不符，原因在于德对某些化合物的计算结果与实验不符，原因在于德拜认为拜认为D D与温度无关，且把晶体当作连续介质处理与温度无关，且把晶体当作连续介质处理。优点：优点：不足：不足：v德拜模型的结论与低温试验结果是一致的。德拜模型

14、的结论与低温试验结果是一致的。金属铜热容随温的变化，低温下15K部分被放大2.4 影响热容的因素影响热容的因素2.4.1 2.4.1 对于固体材料，热容与材料的组织结构关系对于固体材料，热容与材料的组织结构关系 不大。如下图：不大。如下图：2.4.2 相变：相变：相变产生额外的热效应，因此对热容产生影响。相变产生额外的热效应，因此对热容产生影响。2.4.3 2.4.3 温度温度 多组成材料应当复合加和关系，如气孔耐火多组成材料应当复合加和关系，如气孔耐火材料。材料。 热容与温度的关系一般由实验确定，比如用热容与温度的关系一般由实验确定，比如用下面形式的公式进行拟合：下面形式的公式进行拟合： C

15、p = a + bT + cT2 + 2.4.4 2.4.4 组成组成T 曲管温度计；曲管温度计； P 搅拌器搅拌器 ； J 套筒；套筒；C 量热器桶；量热器桶； G 保温用玻璃棉保温用玻璃棉2.5 热容的测定热容的测定2.5.12.5.1 混合法测量固体材料的比热容混合法测量固体材料的比热容23003132100； (1) 混合法（下页图） 原理： Cm(T-T)=(mc+q)(T-T) 水的质量； C ：水的比热容 q:量热桶热容； m: 样品质量； T:混合后终温；T:待测物初温； T:水的初温 4 比热容的测定m ： 2.5.1.12.5.1.1 原理：原理：2300310023003

16、1020130 误 差 ： Cm(T -T )=(m c +q)(T -T )+ 由 于 环 境 吸 热， 使 结 果 偏 小 。(mc )(T -T ) q也 可 以 测 量 得 到 ： q=m c(T -T ) m： 热 水 质 量 ； T ： 热 水 温 度 m ： 冷 水 质 量 ； T ： 冷 水 温 度 T ： 混 后 温 度 ； c: 水 的 热 容 注 意33000事 项 ： 应 当 使 T 接 近 T ， （ m+m ） 接 近 m 2.5.2 电热法测定热容电热法测定热容2.5.2.1 原理原理()00111200-11-1-22100111221 m、c: 分别为待测物质

17、量和比热容 m 、c ：加热器中水的质量和比热容 m 、c ：分别为量热器质量和比热容 q 、q ：加热器和温度计水中部分热容1VI c=-m c m c q qmT -T 误差：和混合法一样，没有考虑与环境的热交换VI=( c+)(T -T )mm cm cqq 2. 6 热分析方法热分析方法 （1）差热分析）差热分析 DTA (Differential Thermal Analysis) （2）差示扫描量热法）差示扫描量热法 DSC (Differential Scanning Calorimetry) （3）热重法）热重法 TG (Thermal Gravimetry) （4）热膨胀分析

18、）热膨胀分析 (见热膨胀部分见热膨胀部分)2.6.1 依据依据材料的温度、质量等参数的热效应与材料组织结构存在材料的温度、质量等参数的热效应与材料组织结构存在对应关系。对应关系。2.6.2 常用的有以下几种常用的有以下几种物理性质物理性质热分析技术名称热分析技术名称缩缩 写写质质 量量TG等压质量变化测定等压质量变化测定逸出气检测逸出气检测逸出气分析逸出气分析EGD放射热分析放射热分析EGA热微粒分析热微粒分析温温 度度升温曲线测定升温曲线测定DTA热热 量量DSC尺尺 寸寸热膨胀法热膨胀法力学特性力学特性TMADMA声学特性声学特性热发声法热发声法热传声法热传声法光学特性光学特性热光学法热光

19、学法电学特性电学特性热电学法热电学法磁学特性磁学特性热磁学法热磁学法国际国际热分热分析协析协会会（ICTA）将将热分热分析分析分为为9类类17种。种。 2.6.2.1 示差热分析示差热分析 DTA DTA仪器原理图仪器原理图1测量系统；测量系统；2加热炉；加热炉；3温度程序控制器；温度程序控制器；4记录仪记录仪1. 实例实例亚共析钢（亚共析钢（wc0.35）示差热分析曲线）示差热分析曲线2. 实例实例 DTA吸热转变曲线吸热转变曲线 a反应起始点；反应起始点；b峰顶点；峰顶点；c反应终点反应终点 峰面积峰面积S和热效应成正比，和热效应成正比，HKS；S越大，表明仪器越灵敏越大，表明仪器越灵敏2

20、.6.2.2 差示扫描量热法差示扫描量热法 DSC (a)功率补偿型功率补偿型 DSC原理图原理图 (b) 高纯铟的高纯铟的DSC分析曲线分析曲线()()()()2222,srSSrrSSrrSrsrsrsrTTsrTsQQdddHWdtdtdtI RI RWI RI RRRRWR IIIIIIIWRIIIIV仪器原理： 补偿功率等于热流率 试样无热效应时 试样产生热效应时 假如则 令，则 （下标s代表试样，下标r代表 参比） 物D=-=D=-=D=+-+=D=-=-()rTTVIVIVWVVV ：总电流；：电压差，因，故可表示热流率 （1）因可精确测量，DSC定量分析能力比DTA高； （2）

21、DSC纵坐标为热流率，而DTA纵坐标为温度差。=DDD DDD确定工艺温度；研究相变过程。确定工艺温度；研究相变过程。 热效应热效应：淬火马氏体：淬火马氏体 回火马氏体；回火马氏体；：残余奥氏体分解；：残余奥氏体分解；：碳化铁：碳化铁渗碳体渗碳体 例子：例子：Wc=0.74%的碳钢淬火后加热时的比热容曲线。的碳钢淬火后加热时的比热容曲线。 曲线曲线2代表预先回火试样。代表预先回火试样。2.7 热分析的应用热分析的应用: 三、三、 热膨胀热膨胀()2111100111TTaTbTcTabcTTLLT LdLdT LVLLLLLL212121三 热膨胀 1 热膨胀系数 （1）线膨胀系数 LL 1+

22、L -L T -T （2）体积膨胀系数 各向异性材料： aaaa轾=-犏臌D= =D=鬃=鬃() () ()001111()3abcabcVabcVTTTVT 各向同性材料： aaaaaaaaaaaa+D+D+D=+D=+=3.13.1 热膨胀系数热膨胀系数 热膨胀实质是振动原子的平均位置随温度升高而改热膨胀实质是振动原子的平均位置随温度升高而改变，导致原子平均间距增大。可从以下两方面解释：变，导致原子平均间距增大。可从以下两方面解释： （1）原子间力）原子间力 （2）原子势能）原子势能3.2 热膨胀机理热膨胀机理晶体中质点间引力斥力曲线晶体中质点间引力斥力曲线0000232302323011

23、( )( ).2!3!( ).rrrrdUd Ud UU rU rxxxdrdrdrU rcxgx势能方程式如下， 代表平衡位置 骣骣骣鼢珑鼢=+珑鼢珑鼢珑桫桫桫=+-+晶体中质点非对称振动示意图晶体中质点非对称振动示意图3.3.1 热膨胀与热容热膨胀与热容 由于二者引起的机理一致，故变化趋势相同。高温下由于二者引起的机理一致，故变化趋势相同。高温下由于由于 热平衡缺陷，造成点阵畸变，故热平衡缺陷，造成点阵畸变，故增大较显著。增大较显著。Al2O3 的比热容、线膨胀系数与温度的关系的比热容、线膨胀系数与温度的关系3.3 热膨胀与其他性能的关系热膨胀与其他性能的关系3.3.2 热膨胀与熔点热膨胀

24、与熔点 二者均与结合能有关。结合能越大，则熔点二者均与结合能有关。结合能越大，则熔点越高，而越高，而越小。格留乃申方程反映了这种相越小。格留乃申方程反映了这种相反的变化趋势。反的变化趋势。 Tm =（V TmV0）/ V0常数常数 其中：其中：Tm熔点；熔点； V Tm熔点时的体积；熔点时的体积； V00K时的体积时的体积（1）晶体结构堆积紧密，）晶体结构堆积紧密，大。如多晶玻璃大。如多晶玻璃 无定形无定形玻璃玻璃（2）致密的晶体学方向，）致密的晶体学方向，大。如石墨的垂直于大。如石墨的垂直于C轴轴方向。方向。（3）相变伴随的点阵重构引起附加的）相变伴随的点阵重构引起附加的L，而，而 L/ T

25、（4）相组成、合金成分：）相组成、合金成分：粗略粗略符合符合“加和加和”规则。规则。 ii3.4 影响热膨胀的因素影响热膨胀的因素 3. 5 热膨胀系数热膨胀系数的测定的测定u关键是如何将微小的关键是如何将微小的L放大？放大？机械放大：利用千分表将将试样伸长量机械放大：利用千分表将将试样伸长量L放大。放大。 如：顶杆式膨胀仪如：顶杆式膨胀仪注意事项：减轻振动，到温后等表稳定再读数。注意事项：减轻振动，到温后等表稳定再读数。光学放大：利用光杠杆，通过光线偏转角度将试样伸光学放大：利用光杠杆，通过光线偏转角度将试样伸 长量长量L放大。如光学膨胀仪放大。如光学膨胀仪 。 电磁放大：将电磁放大：将L转

26、换为转换为V以后放大。如差动变压以后放大。如差动变压 器法器法实验室中的热膨胀仪实验室中的热膨胀仪 光杠杆结构示意图光杠杆结构示意图3.5.1 3.5.1 光学放大：光学放大： 差动变压器膨胀仪结构示意图差动变压器膨胀仪结构示意图 左图：差动变压器原理图；左图：差动变压器原理图； 右图：仪器结构图右图：仪器结构图 3.5.2 3.5.2 电磁放大：电磁放大：3. 6 热膨胀的应用热膨胀的应用 热膨胀分析：组织转变附加的体积效应使膨胀曲线产热膨胀分析：组织转变附加的体积效应使膨胀曲线产 生拐折。生拐折。热膨胀法确定钢相变的临界点热膨胀法确定钢相变的临界点用作控制开关的双金属片用作控制开关的双金属

27、片3.6.1 3.6.1 利用膨胀的器件：利用膨胀的器件：钢铜防止膨胀的器件：防止膨胀的器件：精密仪表零件、电子封装器件等。精密仪表零件、电子封装器件等。四、热传导四、热传导dTStdxdTdx四 热传导 1 热传导参量，热阻 （1）导热系数 傅立叶定律： Q- （a） 的符号，即方向与坐标系有关， 定义为导 热系数或热导率 负号表明传热方向总lll=DDdTdx与方向相反。 （b） 只适用于稳定传热的情况4.1 4.1 定义：当固体材料一端的温度比另一端高时，热量就会定义：当固体材料一端的温度比另一端高时，热量就会从热端自动传向冷端，这个现象称为热传导从热端自动传向冷端，这个现象称为热传导。

28、适于各向同性的物质2 （ ）物理意义： （a）导热系数 ：物质传导热的能力 （b）导温系数 ：物质温度变化时各部分温度趋于一致的能力 解释： 对于同样的加热或冷却条件，不同的 导致不同的温度分布，越大，温度分布越均匀。 lttt3TVRRIVI （ ）热阻R 热阻定义 电阻定义 T：导热体两端温度差 ：导电体两端电势差 ： 流过导热体的热量 ： 流过导电体的电流 热阻的深层物理意义与热传导微观机制有关ffDD=DD 4.2 热传导的微观机理热传导的微观机理气体传热气体传热金属材料金属材料非金属材料非金属材料 热量是由电子运动、质点振动、热辐射所传递引起的。 热传导机制相应地分为三种： 声子机制

29、、光子机制、电子机制 4.2.1 4.2.1 固体固体热传导机制热传导机制声子热导声子热导光子热导光子热导电子热导电子热导 （1）声子是声频波的能量子，因此能量为h声频振动引起的 格波的散射：可看成声子与晶格质点的碰撞 热传导热阻：可看成声子与声子之间的碰撞， 与气体通过分子碰撞过程类似。 声 子 热导 n( )( )C V lCV ld1 理想气体热导率 =31 声子机制热导率 = 3llnnn鬃鬃4.2.2 声子和声子热导声子和声子热导 热振动的非线性和格波间的耦合作用会导致声子碰撞几率增大，自由程l减小。 声子间碰撞引起的散射是晶体热阻的主要来源。4.2.3 光子热导光子热导（1）固体具

30、有能量，会辐射出频率较高的电磁波（波长=0.4-40m）的热射线传递过程称为热辐射43,16ccVmcTTC3T3T 对 于 绝 对 黑 体 ， 光 子 引 起 的 热 导 率 公 式 如 下 ：4n E -黑 体 辐 射 能 公 式 ： 斯 蒂 芬 -玻 耳 兹 曼 常 数 n： 折 射 率： 光 速En T snsnsn=,3316163VmccClTlnT l32 n n lnsnns=( )( )CV ld（a）电磁辐射是双向的，但净辐射是由高温指向低温。1（b）光子热导同样符合关系式3（c）对于透明和半透明材料才需要考虑光子热导。lnnn=鬃（2）高温热辐射引起的光子热导4.2.3

31、自由电子引起的电子热导自由电子引起的电子热导eeeeC V lC V lC （3）自由电子引起的 大量的自由电子可以看作自由电子气， 与气体通过分子碰撞导热的过程类似。 1 理想气体热导率， =31 电子机制热导率， = 3 计算 需要用到自由电子气的有关数据 对于纯金属主要考虑电子电子热导ll鬃鬃热导，对于合金还需要考虑声子热导 4.3 影响材料热传导性能的因素影响材料热传导性能的因素4.3.1 4.3.1 温度的影响温度的影响( )( )CV ld1 对于声子机制主导的材料， = 3lnnn鬃 -T的曲线分为四个阶段：ll3（a）极低温度下，CT ，虽然 随T而仍，然l淡l （b）温度升高

32、后，C上升趋缓，出现最大进一步开始，值并ll（c）德拜温度后，C趋于恒定， 进一步 ， 迅速下降ll（d）更高温度时，C无变化， 亦趋于下限， 下降趋缓l图图8-15 单晶单晶Al2O3温度热导率曲线温度热导率曲线4.3.2 4.3.2 晶体结构的影响晶体结构的影响v声子传导与晶格振动的非谐振有关，晶体结构越声子传导与晶格振动的非谐振有关，晶体结构越复杂，晶格振动的非谐振性程度越大，格波受到复杂，晶格振动的非谐振性程度越大，格波受到的散射越大，因此声子平均自由程的散射越大，因此声子平均自由程l越小，热传导越小，热传导率越低。率越低。晶体结构：不对称程度高愈高， 愈小lu同一种材料，多晶体的热导

33、率总是小于单晶体。同一种材料，多晶体的热导率总是小于单晶体。图图8-18 8-18 石英与石英玻璃热导率与温度的关系石英与石英玻璃热导率与温度的关系非晶态材料的热导率较小非晶态材料的热导率较小非晶态的热导率曲线。对于透明非晶态，高温下尚需考虑光子热导，其 上升较快，如bc段所示l4.3.3 4.3.3 化学组成化学组成组元原子量愈小， 愈大l晶体密度愈小， 愈大l弹性模量愈大， 愈大l结合能愈大， 愈大l1.1.2.2.3.3.4.4.MgONiO固溶体热导率曲线，随杂质含量的而，约50%处达到最低。同杂质浓度下则高温时的 较低。ll-4.3.4 复相材料的热导率复相材料的热导率 （5）相组成

34、 以复相陶瓷为例： 2121/1211/1ccdddcccddd llllllllll骣骣鼢珑+Y-+鼢珑鼢珑桫桫=骣骣鼢珑- Y-+鼢珑鼢珑桫桫下标c表示连续的玻璃相，d表示分散的晶相 在陶瓷材料中，一般玻璃相是连续相，因此，普通的瓷和在陶瓷材料中，一般玻璃相是连续相，因此，普通的瓷和粘土制品的热导率更接近其中玻璃相的热导率。粘土制品的热导率更接近其中玻璃相的热导率。 （4）缺陷： 缺陷通过散射降低声子平均自由程，因此 以多晶，非晶，固溶杂质为例。 此外微小气孔亦可看作杂质。l4.3.5 缺陷缺陷 含少量气孔时：若气孔小且分布弥散，则由上式得()1sPll-:sP固相的热导率；气孔的体积分数

35、。l以下情况不符合上式：（a）对透明材料，气孔使光子散射 ，故。l（b）若气孔大，则气孔的对流和辐射不可忽视。热辐射高度透明材料小气孔形成散射中心导致透明度降低，自由程显著减小气孔与固体的折射率差异较大大气孔存在因气体对流加强传热对透明度影响小，热导率随温度增加显著对透明度影响小；热辐射增强4.4.1 稳态测试，测导热系数稳态测试，测导热系数 4 .4 4 .4 热传导参量的测试：热传导参量的测试：导热系数测定仪示意图导热系数测定仪示意图稳定流动状态下，在稳定流动状态下，在时间内沿圆柱体各截面流过的时间内沿圆柱体各截面流过的热量热量Q(Q(如图如图824)824)，可用下式表示：，可用下式表示

36、：图图8-24 8-24 导热系数测定仪测量原理图导热系数测定仪测量原理图121T -T 高温端传到低温端的热量 QStLl=()mc243 低温端冷却水吸收的热量 QT -T=12，假定QQ则得到=()()LmcSt4312T -TT -Tl=()()24Lmcdt4312T -TT -Tp=注意：为了保持稳态条件，需要防止侧面散热； 高温端的供热和低温端的吸热都要稳定。4.4.2 动态测试动态测试1/221/22221/20.51.371.37ttLLtmaxmax （2）动态测试，激光热导仪：片状试样防于保温炉中，正面接受激光短 暂照射，为背面温度，T为正面最高温度。 （a）测导温系数 设 T/T时的时间为， 理论分析表明 tp ttp=000000cm Tc m Tm Tccm T0000下 标 0 代 表 标 样 （ b ） 测 导 热 系 数 和 T 分 别 为 试 样 及 标 样 的 最 大 温 升 Q 和 Q 分 别 为 试 样 及 标 样 吸 收 的 辐 照 能Q 则 有 ： Q Q Q 由lltlt=4.5 导热系数的应用导热系数的应用联系热容以及膨胀部分 电子材料：高导热低膨胀耐火材料：多孔轻质隔热