材料物理性能.ppt

******************** 《材料物理性能》——材料的热性能定膨胀合金定膨胀合金主要是在电真空技术中用来和玻璃、陶瓷等封接而构成电真空器件的结构材料，故定膨胀合金(即可伐合金)也称封接合金。这类合金的主要特点是膨胀系数在一定温度范围内基本不变。并和被封接材料匹配。定膨胀合金性能与用途第53页,共84页，星期六，2024年，5月 《材料物理性能》——材料的热性能热双金属热双金属是由两层膨胀系数不同的合金片沿层间接触面焊合而成的复合材料。高膨胀系数的合金层称为主动层，低膨胀系数的合金层称为被动层。在加热时，由于两层的膨胀系数不同，主动层伸长很多，于是双金属片就向被动层弯曲，从而把热能简单地转换成机械能，产生一定的力或位移，因而可作为各种测量或控制仪表的传感元件，大量应用在工业和家用电器中。第54页,共84页，星期六，2024年，5月四、热传导4.1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。为x方向上的温度梯度。第55页,共84页，星期六，2024年，5月第56页,共84页，星期六，2024年，5月第57页,共84页，星期六，2024年，5月第58页,共84页，星期六，2024年，5月第59页,共84页，星期六，2024年，5月4.2热传导的微观机理4.2.1热传导机制声子机制光子机制电子机制第60页,共84页，星期六，2024年，5月4.2.1.1材料热传导的微观机理气体导热——分子间直接碰撞；金属导热——自由电子间碰撞；固体导热——晶格振动的格波＝声子碰撞，并且格波分为声频支和光频支两类。第61页,共84页，星期六，2024年，5月4.2.2声子和声子热导第62页,共84页，星期六，2024年，5月※分子碰撞分子与分子之间存在着相互作用力，当两分子离得较远时，分子之间的作用力表现为吸引力，但当两分子接近到一定程度后，分子之间的作用力会改变为排斥力，并随其接近距离的减小，排斥力迅速增加。当两分子接近到一定程度时，排斥力的作用使两分子分开。这种由接近而至排斥分离的过程．就是分子的碰撞过程。第63页,共84页，星期六，2024年，5月1.分子有效直径分子在碰撞过程中，两分子质心的最短距离（即发生斥离的质心距离）称为分子有效直径。2.分子运动自由程一个分子在相邻两次分子碰撞之间所经过的路程。3.分子运动平均自由程任一分子在运动过程中都在不断变化自由程，而在一定的外界条件下，不同物质的分子其自由程各不相同。在某时间间隔内自由程的平均值称为平均自由程。第64页,共84页，星期六，2024年，5月设Vm为某一分子的平均速度；f为碰撞频率；λm为平均自由程则λm=Vm/f∴f=Vm/λm由热力学原理可知：4.平均自由程的主要因素第65页,共84页，星期六，2024年，5月温度、压力及分子有效直径是影响分子运动平均自由程的主要因素。当压力一定时，一定物质的分子运动平均自由程随温度增加而增加。当温度一定时，平均自由程λm与压力p成反比，压力越小（真空度越高），λm越大，即分子间碰撞机会越少。不同物质因其有效直径不同，因而分子平均自由程不同。第66页,共84页，星期六，2024年，5月4.2.3光子热导第67页,共84页，星期六，2024年，5月第68页,共84页，星期六，2024年，5月4.2.3.1在温度T时黑体单位容积的辐射能第69页,共84页，星期六，2024年，5月4.2.3.2介质中的辐射传热任何温度下的物体既能辐射出一定频率的射线，同样也能吸收类似的射线。在热稳定状态，介质中任一体积元平均辐射的能量与平均吸收的能量相等。当介质中存在温度梯度时，相邻体积间温度高的体积元辐射的能量大，吸收的能量小；温度较低的体积元正好相反，吸收的能量大于辐射的，因此，产生能量的转移，整个介质中热量从高温处向低温处传递。第70页,共84页，星期六，2024年，5月4.2.3自由电子引起的电子热导第71页,共84页，星期六，2024年，5月4.3影响材料热传导性能的因素4.3.1温度的影响第72页,共84页，星期六，2024年，5月图8-15单晶Al2O3温度－热导率曲线第73页,共84页，星期六，2024年，5月4.3.2晶体结构的影响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，格波受到的散射越大，因此声子平均自由程越小，热传导率越低。同一种材料，多晶体的热导率总是小于单晶体。第74页,共84页，星期六，202