材料的热学性-3课件

材料的热学性能任何材料在使用的过程中都会受到热影响或产生热效应。一些场合要求材料具有特殊的热学性能—低膨胀性能、好的隔热性能、高的导热性能等。材料的热学性能在材料的相变研究中具有重要意义。材料的热学性能主要包括：热容（thermalcontent）热膨胀（thermalexpansion）热传导（heatconductivity）理解材料的热容、热膨胀、热传导的物理本质，掌握表征上述性能的物理参量：摩尔热容、线膨胀、体膨胀系数、热导热和热扩散律的物理意义。a.恒容热容：加热过程中材料的体积不变，则所供给的热量只满足温度升高1K时物体内能的增加。b.恒压热容：保持压力不变的情况下，加热过程中材料的体积膨胀，则所供给的热量除满足温度升高1K时物体内能的增加外，还必须补充对外做功的损耗。比热容：焓和热容是材料发生相变时的重要参量。热分析研究焓和温度的关系，可以确定热容的变化和相变潜热。热分析法是建立在热测量和温度测量基础上的现代测试方法。热分析：程序控制温度，测量物质的物理性质和温度关系的技术。热分析方法的种类：差热分析是在测定热分析曲线的同时，利用示差热电偶测定待测试样1和标准试样2的温度而进行的热分析。示差热电偶由两对热电偶极性反接串联而成，热端处于试样1和2中。●待测试样1、标准试样2和3分别处于加热炉温度场中的对称位置。标样的选择要求是在研究温区内无相变的材料，质量和尺寸与待测样相当，以便于加热和冷却速率相同。热分析应用实例热弹性马氏体相变研究升降温过程中热弹性马氏体的可逆转变都出现显著的吸热与放热峰，据此可以准确地判断相变开始及终了温度。热分析应用实例有序—无序转变的研究曲线a：无序的合金加热到350-470℃时，合金发生部分有序化并放出潜热；继续加热到470℃以上发生吸热的无序转变。曲线b表示的是完全有序到完全无序的吸热效应第二节材料的热膨胀热膨胀的本质简谐振动同理，物体体积随温度的增加可表示为：

αV为体膨胀系数，相当于温度升高1k时物体体积相对增长值。举例：立方体

由于αl值很小，可略以上的高次项，则：

二、热膨胀和其他性能关系

1．热膨胀和结合能、熔点的关系质点间结合力愈强，热膨胀系数愈小。2．热膨胀与温度、热容关系

(1)机械膨胀仪：采用机械的方法放大并检测试样的热膨胀量。包括干分表式膨胀仪、机械杠杆式膨胀仪等。

(2)光学膨胀仪：利用各种光学原理放大并检测试样的热膨胀员。包括光杠杆式膨胀仪、光干涉法膨胀仪等。

(3)电学膨胀仪：利州各种咆学原理放大并检测试样的热膨胀量。包括电感式膨胀仪、电容式膨胀仪等。

(4)直接观测式膨胀仪：利用精密的测长仪器，如：比长仪、垂高计等，直接观测试样的热膨胀员。

(5)x射线衍射法：是一种微观的检测方法。借助晶体对X射线的衍射，测量品格常数(原子间距)随温度的变化.三、热膨胀系数的测量1.光杠杆式膨胀仪法绝对法光三角架放大的膨胀仪1.标准样（用以测温）2.被测样3.凹面镜光杠杆式膨胀仪的工作原理总则：用照相方法直接记录出膨胀曲线。将试样的膨胀通过一根传递杆引出，传递杆推动一个带小镜的光三角架（或其它光杠杆机械）转动，将试样的膨胀量转成光点的位移量，并借助于照像或光电转换的主法观察和测量光点的位移。既可直接测得伸长量，又可用示差法测得标准试样和待测试样的差。3、光干涉法：光干涉法是将试样的长度变化量转变成光束的光程差，使之在视场中产生干涉条纹相对于参考标记的移动，即用一已知单色波长来量度试样的长度变化。光干涉膨胀仪所用的干涉方法有几种类型，其中应用最多的是“等厚干涉”和“等倾干涉”两种。4、X光法：X光法是利用测量晶胞内晶格常数变化的方法来测量热膨胀系数的，其主要方法有粉末照像法，衍射仪法和单晶法等。X光法测量膨胀系数：优点：试样极小且不规则，对不能加工的材料有特别的意义。X光所测点阵常数的变化，真实地反映了被测晶体的热膨胀，不会因试样中某些杂质和缺陷的存在影响测量结果。能测量单晶的热膨胀和各向异性的热膨胀而不需要制备单晶试样。缺点：不能连续测量在温度变化过程中膨胀量的不连续变化。5、电容法：该法的原理是电容器两极间距离的变化，在一定范围内与电容量的变化存在线性关系，若以试样为电容的一极，由于试样的膨胀使极间距离发生变化，测出电容量的变化，即可求得试样的膨胀系数，这一方法非常精密，多用在低温下测量膨胀量较小、或者试验温度较窄的情况下使用。将试样的膨胀量通过一根与试样载管的材质相同且膨胀系数很小的顶杆传递出来，用千分表、差动变压器或其它测量仪器检测第三节材料的热传导物体的各部分之间不发生相对位移，依靠内部微观粒子（原子、分子、离子）的热运动而产生的热量传递称为导热（热传导）。导热特点1)物体之间不发生宏观相对位移2)依靠微观粒子（分子、原子、电子等）的无规则热运动

3)是物质的固有本质导热基本定律--Fourier'slaw

（1）"－"的意义:热量传递指向温度降低的方向（2）

:通过该点的等温线上的法向单位矢量,指向温度升高的方向（3）热流方向总是与等温线(面)垂直（4）引起物体内部及物体间热量传递的根本原因:温度梯度直角坐标系下