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文檔簡介
材料的熱學(xué)性能任何材料在使用的過程中都會受到熱影響或產(chǎn)生熱效應(yīng)。一些場合要求材料具有特殊的熱學(xué)性能—低膨脹性能、好的隔熱性能、高的導(dǎo)熱性能等。材料的熱學(xué)性能在材料的相變研究中具有重要意義。材料的熱學(xué)性能主要包括:熱容(thermalcontent)熱膨脹(thermalexpansion)熱傳導(dǎo)(heatconductivity)理解材料的熱容、熱膨脹、熱傳導(dǎo)的物理本質(zhì),掌握表征上述性能的物理參量:摩爾熱容、線膨脹、體膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)熱和熱擴(kuò)散律的物理意義。a.恒容熱容:加熱過程中材料的體積不變,則所供給的熱量只滿足溫度升高1K時(shí)物體內(nèi)能的增加。b.恒壓熱容:保持壓力不變的情況下,加熱過程中材料的體積膨脹,則所供給的熱量除滿足溫度升高1K時(shí)物體內(nèi)能的增加外,還必須補(bǔ)充對外做功的損耗。比熱容:焓和熱容是材料發(fā)生相變時(shí)的重要參量。熱分析研究焓和溫度的關(guān)系,可以確定熱容的變化和相變潛熱。熱分析法是建立在熱測量和溫度測量基礎(chǔ)上的現(xiàn)代測試方法。熱分析:程序控制溫度,測量物質(zhì)的物理性質(zhì)和溫度關(guān)系的技術(shù)。熱分析方法的種類:差熱分析是在測定熱分析曲線的同時(shí),利用示差熱電偶測定待測試樣1和標(biāo)準(zhǔn)試樣2的溫度而進(jìn)行的熱分析。示差熱電偶由兩對熱電偶極性反接串聯(lián)而成,熱端處于試樣1和2中。●待測試樣1、標(biāo)準(zhǔn)試樣2和3分別處于加熱爐溫度場中的對稱位置。標(biāo)樣的選擇要求是在研究溫區(qū)內(nèi)無相變的材料,質(zhì)量和尺寸與待測樣相當(dāng),以便于加熱和冷卻速率相同。熱分析應(yīng)用實(shí)例熱彈性馬氏體相變研究升降溫過程中熱彈性馬氏體的可逆轉(zhuǎn)變都出現(xiàn)顯著的吸熱與放熱峰,據(jù)此可以準(zhǔn)確地判斷相變開始及終了溫度。熱分析應(yīng)用實(shí)例有序—無序轉(zhuǎn)變的研究曲線a:無序的合金加熱到350-470℃時(shí),合金發(fā)生部分有序化并放出潛熱;繼續(xù)加熱到470℃以上發(fā)生吸熱的無序轉(zhuǎn)變。曲線b表示的是完全有序到完全無序的吸熱效應(yīng)第二節(jié)材料的熱膨脹熱膨脹的本質(zhì)簡諧振動(dòng)同理,物體體積隨溫度的增加可表示為:
αV為體膨脹系數(shù),相當(dāng)于溫度升高1k時(shí)物體體積相對增長值。舉例:立方體
由于αl值很小,可略以上的高次項(xiàng),則:
二、熱膨脹和其他性能關(guān)系
1.熱膨脹和結(jié)合能、熔點(diǎn)的關(guān)系質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合力愈強(qiáng),熱膨脹系數(shù)愈小。2.熱膨脹與溫度、熱容關(guān)系
(1)機(jī)械膨脹儀:采用機(jī)械的方法放大并檢測試樣的熱膨脹量。包括干分表式膨脹儀、機(jī)械杠桿式膨脹儀等。
(2)光學(xué)膨脹儀:利用各種光學(xué)原理放大并檢測試樣的熱膨脹員。包括光杠桿式膨脹儀、光干涉法膨脹儀等。
(3)電學(xué)膨脹儀:利州各種咆學(xué)原理放大并檢測試樣的熱膨脹量。包括電感式膨脹儀、電容式膨脹儀等。
(4)直接觀測式膨脹儀:利用精密的測長儀器,如:比長儀、垂高計(jì)等,直接觀測試樣的熱膨脹員。
(5)x射線衍射法:是一種微觀的檢測方法。借助晶體對X射線的衍射,測量品格常數(shù)(原子間距)隨溫度的變化.三、熱膨脹系數(shù)的測量1.光杠桿式膨脹儀法絕對法光三角架放大的膨脹儀1.標(biāo)準(zhǔn)樣(用以測溫)2.被測樣3.凹面鏡光杠桿式膨脹儀的工作原理總則:用照相方法直接記錄出膨脹曲線。將試樣的膨脹通過一根傳遞桿引出,傳遞桿推動(dòng)一個(gè)帶小鏡的光三角架(或其它光杠桿機(jī)械)轉(zhuǎn)動(dòng),將試樣的膨脹量轉(zhuǎn)成光點(diǎn)的位移量,并借助于照像或光電轉(zhuǎn)換的主法觀察和測量光點(diǎn)的位移。既可直接測得伸長量,又可用示差法測得標(biāo)準(zhǔn)試樣和待測試樣的差。3、光干涉法:光干涉法是將試樣的長度變化量轉(zhuǎn)變成光束的光程差,使之在視場中產(chǎn)生干涉條紋相對于參考標(biāo)記的移動(dòng),即用一已知單色波長來量度試樣的長度變化。光干涉膨脹儀所用的干涉方法有幾種類型,其中應(yīng)用最多的是“等厚干涉”和“等傾干涉”兩種。4、X光法:X光法是利用測量晶胞內(nèi)晶格常數(shù)變化的方法來測量熱膨脹系數(shù)的,其主要方法有粉末照像法,衍射儀法和單晶法等。X光法測量膨脹系數(shù):優(yōu)點(diǎn):試樣極小且不規(guī)則,對不能加工的材料有特別的意義。X光所測點(diǎn)陣常數(shù)的變化,真實(shí)地反映了被測晶體的熱膨脹,不會因試樣中某些雜質(zhì)和缺陷的存在影響測量結(jié)果。能測量單晶的熱膨脹和各向異性的熱膨脹而不需要制備單晶試樣。缺點(diǎn):不能連續(xù)測量在溫度變化過程中膨脹量的不連續(xù)變化。5、電容法:該法的原理是電容器兩極間距離的變化,在一定范圍內(nèi)與電容量的變化存在線性關(guān)系,若以試樣為電容的一極,由于試樣的膨脹使極間距離發(fā)生變化,測出電容量的變化,即可求得試樣的膨脹系數(shù),這一方法非常精密,多用在低溫下測量膨脹量較小、或者試驗(yàn)溫度較窄的情況下使用。將試樣的膨脹量通過一根與試樣載管的材質(zhì)相同且膨脹系數(shù)很小的頂桿傳遞出來,用千分表、差動(dòng)變壓器或其它測量儀器檢測第三節(jié)材料的熱傳導(dǎo)物體的各部分之間不發(fā)生相對位移,依靠內(nèi)部微觀粒子(原子、分子、離子)的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱量傳遞稱為導(dǎo)熱(熱傳導(dǎo))。導(dǎo)熱特點(diǎn)1)物體之間不發(fā)生宏觀相對位移2)依靠微觀粒子(分子、原子、電子等)的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)
3)是物質(zhì)的固有本質(zhì)導(dǎo)熱基本定律--Fourier'slaw
(1)"-"的意義:熱量傳遞指向溫度降低的方向(2)
:通過該點(diǎn)的等溫線上的法向單位矢量,指向溫度升高的方向(3)熱流方向總是與等溫線(面)垂直(4)引起物體內(nèi)部及物體間熱量傳遞的根本原因:溫度梯度直角坐標(biāo)系下
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