材料的熱傳導二課件

第四章材料的熱學性能第一節(jié)材料的熱容第二節(jié)材料的熱膨脹第三節(jié)材料的熱傳導第四節(jié)材料的熱穩(wěn)定性1第四章材料的熱學性能第一節(jié)材料的熱容1

熱學性能主要包括：熱容（thermalcontent）熱膨脹（thermalexpansion）熱傳導（heatconductivity）熱穩(wěn)定性（thermalstability）等本章目的就是探討熱性能與材料宏觀、微觀本質(zhì)關系，為研究新材料、探索新工藝打下理論基礎。2熱學性能主要包括：2主要應用在制造和使用過程中進行熱處理時，熱容和熱導率決定了陶瓷體中溫度變化的速率，這些性能是決定抗熱應力的基礎，同時也決定操作溫度和溫度梯度。對于用作隔熱體的材料來說，低的熱導率是必需的性能。陶瓷體或組織中的不同組分由于溫度變化而產(chǎn)生不均勻膨脹，能夠引起相當大的應力。在陶瓷配方的發(fā)展中，在研制合適的涂層、釉和搪瓷以及將陶瓷和其他材料結(jié)合使用時所發(fā)生的許多最常見的困難是起因于溫度所引起的尺寸變化。3主要應用在制造和使用過程中進行熱處理時，熱容和熱導率決定了陶基本概念晶格熱振動：晶體點陣中的質(zhì)點（原子、離子）總是圍著衡位置作微小振動，稱為晶格熱振動。格波：晶體內(nèi)相鄰質(zhì)點間的熱振動存在著一定的位相差，使晶格熱振動以彈性波的形式在整個材料內(nèi)傳播，稱之為晶格波，簡稱為格波。該彈性波是多頻率振動的組合波。4基本概念晶格熱振動：4聲子：按量子理論的觀點，晶格振動的能量是量子化的。電磁波的能量量子：光子格波的能量量子：聲子晶格熱振動的本質(zhì)：熱激發(fā)聲子。5聲子：按量子理論的觀點，晶格振動的能量是量子化的。5聲頻支振動與光頻支振動格波是多頻率振動的組合波。聲頻支振動：如果振動著的質(zhì)點中包含頻率甚低的格波，質(zhì)點彼此之間的位相差不大，則格波類似于彈性體中的應變波，稱為“聲頻支振動”。特點：1）頻率較低，類似聲波頻率。2）可認為相鄰原子振動方向相同。6聲頻支振動與光頻支振動格波是多頻率振動的組合波。6光頻支振動：格波中頻率甚高的振動波，質(zhì)點彼此之間的位相差很大，鄰近質(zhì)點的運動幾乎相反時，頻率往往在紅外光區(qū)，稱為“光頻支振動”。特點：1）頻率較高，類似光波頻率。2）可認為相鄰原子振動方向相反。7光頻支振動：格波中頻率甚高的振動波，質(zhì)點彼此之間的位相差很大88熱容：是物體溫度升高1K所需要增加的能量。

（J/K）顯然，質(zhì)量不同熱容不同，溫度不同熱容也不同。第一節(jié)材料的熱容一、基本概念9熱容：是物體溫度升高1K所需要增加的能量。（J/K）顯然比熱容單位—,摩爾熱容單位—。平均熱容，范圍愈大，精度愈差。恒壓熱容恒容熱容

各種熱容10比熱容單位—對于固體材料CP與CV差異很小，見圖3.2。

11對于固體材料CP與CV差異很小，見圖3.2。11二、晶態(tài)固體熱容的經(jīng)驗定律（experiencelaw）1、杜隆一珀替定律：（元素的熱容定律）恒壓下元素的原子熱容為表3.1部分輕元素的原子熱容:元素HBCOFSiPSClCP9.611.37.516.720.915.922.522.520.412二、晶態(tài)固體熱容的經(jīng)驗定律（experiencelaw）2、柯普定律：（化合物的熱容定律）

化合物分子熱容等于構成該化合物各元素原子熱容之和。即：C=Σnici。其中，ni＝化合物中元素i的原子數(shù)；ci＝元素i的摩爾熱容。132、柯普定律：（化合物的熱容定律）13經(jīng)典熱容理論的解釋按經(jīng)典理論，能量按自由度均分。每個原子三個振動自由度；每個振動自由度的平均動能、平均位能均為

，即一個振動自由度能量為kT。

則一個原子的總能量為3kT。14經(jīng)典熱容理論的解釋按經(jīng)典理論，能量按自由度均分。141mol固體中有個原子，總能量為=6.023×1023/mol＝阿佛加德羅常數(shù)，=R/N=1.381×10-23J/K＝玻爾茨曼常數(shù)，=8.314J/(k·mol)，T＝熱力學溫度（K）。151mol固體中有個原子，總能量為15

由上式可知，熱容是與溫度T無關的常數(shù)（constant），這就是杜隆一珀替定律。按熱容定義：

16由上式可知，熱容是與溫度T無關的常數(shù)（c杜隆—珀替定律在高溫時與實驗結(jié)果很吻合。但在低溫時，CV的實驗值并不是一個恒量，下面將要作詳細討論。對于三原子的固態(tài)化合物的摩爾熱容：其余依此類推。對于雙原子的固體化合物，1mol中的原子數(shù)為2N，故摩爾熱容為17杜隆—珀替定律在高溫時與實驗結(jié)果很吻合。但在低溫時，CV的經(jīng)典熱容定律的局限1）不能說明高溫下，不同溫度下熱容的微小差別。2）不能說明低溫下，熱容隨溫度的降低而減小，在接近絕對零度時，熱容按T的三次方趨近與零的試驗結(jié)果。18經(jīng)典熱容定律的局限1）不能說明高溫下，不同溫度下熱容的微小差室溫下一些固體的摩爾熱容

實驗表明：固體的熱容量隨溫度的降低而減小，當溫度T趨于零時，各種固體的熱容量也都趨于零。19室溫下一些固體的摩爾熱容實驗表明：固體的熱容量隨溫度的降低

三、晶態(tài)固體熱容的量子理論（quantumtheory）

普朗克提出振子能量的量子化理論。質(zhì)點的能量都是以hv為最小單位.式中,＝普朗克常數(shù)，＝普朗克常數(shù)，=園頻率。20三、晶態(tài)固體熱容的量子理論（quantumtheory）將上式中多項式展開各取前幾項，化簡得：根據(jù)麥克斯威—波爾茲曼分配定律可推導出，在溫度為T時，一個振子的平均能量為:21將上式中多項式展開各取前幾項，化簡得：

在高溫時，所以

即每個振子單向振動的總能量與經(jīng)典理論一致。由于1mol固體中有N個原子，每個原子的熱振動自由度是3，所以1mol固體的振動可看做3N個振子的合成運動，則1mol固體的平均能量為：2222

這就是按照量子理論求得的熱容表達式。但要計算CV必須知道諧振子的頻譜——非常困難（verydifficult）。23這就是按照量子理論求得的熱容表達式。但要計算愛因斯坦模型德拜的比熱模型晶態(tài)固體熱容的量子理論模型24愛因斯坦模型晶態(tài)固體熱容的量子理論模型24愛因斯坦模型該模型假定：每個振子都是獨立的振子，原子之間彼此無關，每個振子振動的角頻率相同。故有：稱為愛因斯坦比熱函數(shù)

熱容的量子理論25愛因斯坦模型該模型假定：稱為愛因斯坦比熱函數(shù)熱容的量子理論愛因斯坦模型當T>>θE時當T<<θE時，有

故有熱容的量子理論26愛因斯坦模型當T>>θE時當T<<θE時，有故愛因斯坦模型中：1）低溫時，Cv與溫度按指數(shù)律隨溫度而變化，與實驗得出的按T的立方變化規(guī)律仍有偏差。2）問題主要在于基本假設：各個振子頻率相同有問題，各振子的頻率可以不同，原子振動間有耦合作用。愛因斯坦模型的缺陷熱容的量子理論27愛因斯坦模型中：愛因斯坦模型的缺陷熱容的量子理論27德拜模型認為：晶體對熱容的貢獻主要是彈性波的振動，即較長的聲頻支在低溫下的振動由于聲頻支的波長遠大于晶格常數(shù)，故可將晶體當成是連續(xù)介質(zhì)，聲頻支也是連續(xù)的，頻率具有0～ωmax高于ωmax的頻率在光頻支范圍，對熱容貢獻很小，可忽略德拜模型熱容的量子理論28德拜模型認為：德拜模型熱容的量子理論28德拜模型當溫度較高時，T>>θD，Cv=3Nk當溫度穩(wěn)低時，T<<θD，有：Cv與T的立方成比例，與實驗結(jié)果相吻合

熱容的量子理論29德拜模型當溫度較高時，T>>θD，Cv=3Nk當溫度德拜模型的缺陷熱容的量子理論1）在低溫下還不能完全符合事實，由于晶體畢竟不是一個連續(xù)體。2）解釋不了超導現(xiàn)象。30德拜模型的缺陷熱容的量子理論1）在低溫下還不能完全符合事實，四、無機材料的熱容及影響因素

根據(jù)德拜熱容理論，在高于德拜溫度θD時，低于θD時，CV~T3成正比，不同材料θD也不同。例如，石墨θD=1973K，BeO的θD=1173K，Al2O3的θD=923K。

31四、無機材料的熱容及影響因素31

圖3.3是幾種材料的熱容-溫度曲線。這些材料的θD約為熔點（熱力學溫度）的0.2-0.5倍。對于絕大多數(shù)氧化物、碳化物，熱容都是從低溫時的一個低的數(shù)值增加到1273K左右的近似于25J/K·mol的數(shù)值。溫度進一步增加，熱容基本上沒有什么變化。圖中幾條曲線不僅形狀相似，而且數(shù)值也很接近。

32圖3.3是幾種材料的熱容-溫度曲線。這些材料的無機材料的熱容規(guī)律不同材料θD不同，θD取決于材料的鍵強度，彈性模量和熔點。無機材料有大致相同的比熱曲線。33無機材料的熱容規(guī)律不同材料θD不同，θD取決于材料的鍵強1）無機材料的熱容與材料的結(jié)構無明顯的關系無機材料的熱容規(guī)律341）無機材料的熱容與材料的結(jié)構無明顯的關系無機材料的熱容規(guī)無機材料的熱容規(guī)律2）熱容與相變：在相變點附近，熱容通常出現(xiàn)突變。

3）單位體積的熱容與氣孔率有關：多孔材料熱容小35無機材料的熱容規(guī)律2）熱容與相變：在相變點附近，熱容通常出現(xiàn)無機材料的熱容規(guī)律4）一般情況下，熱容與溫度的關系，可用如下經(jīng)驗公式

Cp=a+bT+CT-2+。。。

單位：4.18J/(mol.k)，其具體數(shù)值可查有關手冊。36無機材料的熱容規(guī)律4）一般情況下，熱容與溫度的關系，可用如下無機材料的熱容規(guī)律5）高溫下固體的摩爾熱容約等于構成該固體化合物的各元素的原子熱容的總和

C=∑niCi

式中，ni：原子的分數(shù)，ci：原子的摩爾熱容37無機材料的熱容規(guī)律5）高溫下固體的摩爾熱容約等于構成該固體化無機材料的熱容規(guī)律6）多相復合材料的熱容約等于構成該復合材料的物質(zhì)的熱容之和

C=giCi

式中，gi：材料中第i種組成的重量百分數(shù)，ci：材料中第i種組成的比熱容。38無機材料的熱容規(guī)律6）多相復合材料的熱容約等于構成該復合材料一、熱膨脹系數(shù)（Thermalexpansioncoefficient）

熱膨脹：物體的體積或長度隨溫度升高而增大的現(xiàn)象叫做熱膨脹。式中，αl＝線膨脹系數(shù)，即溫度升高1K時，物體的相對伸長。物體在溫度T時的長度lT為：第二節(jié)材料的熱膨脹39一、熱膨脹系數(shù)（Thermalexpansioncoef

無機材料的,αl通常隨T升高而加大。同理，物體體積隨溫度的增加可表示為：式中，αV體膨脹系數(shù)，相當于溫度升高1k時物體體積相對增長值。對于立方晶系（cube）由于αl值很小，可略以上的高次項，則：40無機材料的與上式比較，就有以下近似關系：對于其它晶系，各晶軸方向的線膨脹系數(shù)不同，假如分別為αa、αb、αc，則同樣忽略α二次方以上項：

所以一般膨脹系數(shù)的精確表達式：41與上式比較，就有以下近似關系：41

一般耐火材料線膨脹系數(shù)，常指在20～1000℃范圍內(nèi)的αl平均值。一般αl愈小，材料熱穩(wěn)定性愈好。例如Si3N4的αl=2.7×10-6/K。42一般耐火材料線膨脹系數(shù)，常指在20～1000無機材料的熱膨脹某些無機材料熱膨脹系數(shù)與溫度的關系43無機材料的熱膨脹某些無機材料熱膨脹系數(shù)與溫度的關系43

二、固體材料熱膨脹機理所謂線性振動是指質(zhì)點間的作用力與距離成正比，即微觀彈性模量β為常數(shù)。

非線性振動是指作用力并不簡單地與位移成正比，熱振動不是左右對稱的線性振動而是非線性振動。見圖3.5、圖3.6。在雙原子模型中，如左原子視為不動，則右原子所具有的點陣能為最小值，如有伸長量時，點陣能變?yōu)椤⒋送ㄊ秸归_44444545式中第一項為常數(shù)，第二項為零，則式中，；；如果只考慮上式的前兩項，則，

即點陣能曲線是拋物線。原子間的引力為：式中β是微觀彈性系數(shù)，為線性簡諧振動，平衡位置仍在r0處，上式只適用于熱容CV的分析。46式中第一項為常數(shù)，第二項為零，則46

但對于熱膨脹問題，如果還只考慮前兩項，就會得出所有固體物質(zhì)均無熱膨脹。因此必須再考慮第三項。此時點陣能曲線為三次拋物線，即固體的熱振動是非線性振動。用波爾茲曼統(tǒng)計法，可算出平均位移（averagedisplacement）。47但對于熱膨脹問題，如果還只考慮前兩項，就會得由此得熱膨脹系數(shù)：式中，、β、均為常數(shù)，似乎α也是常數(shù)。但若再多考慮，δ4，δ5，…時，則可得到α~T變化規(guī)律。三、熱膨脹和其他性能關系1．熱膨脹和結(jié)合能、熔點的關系質(zhì)點間結(jié)合力愈強，熱膨脹系數(shù)愈小，見表3.2。48由此得熱膨脹系數(shù)：482．熱膨脹與溫度、熱容關系見圖3.7。溫度T低，tgθ小，則α??；反之，溫度T愈高，α愈大。熱膨脹是固體材料受熱以后晶格振動加劇而引起的容積膨脹，而晶格振動的激化就是熱運動能量的增大。升高單位溫度時能量的增量也就是熱容的定義。所以熱膨脹系數(shù)顯然與熱容密切相關并有著相似的規(guī)律。見圖3.8。表3.2492．熱膨脹與溫度、熱容關系表3.2495050第三節(jié)無機材料的熱傳導一、材料的熱傳導二、熱傳導的微觀機理三、影響熱導率的因素四、某些無機材料的熱導率51第三節(jié)無機材料的熱傳導一、材料的熱傳導511.熱導率（導熱系數(shù)）的定義：：熱能Q從高溫端T1傳遞到低溫端T2所需要的時間：熱導率（導熱系數(shù)）一、材料的熱傳導當固體材料一端的溫度比另一端高時，熱量會從熱端自動地傳向冷端，這個現(xiàn)象就是熱傳導。521.熱導率（導熱系數(shù)）的定義：：熱能Q從高溫端T1傳遞到低傅里葉（Fourier）定律負號表示熱流方向與溫度梯度（dT/dx）的方向相反【W(wǎng)/(m?K)或J/(m?s?K)】導熱系數(shù)的物理意義：在單位溫度梯度下，單位時間內(nèi)通過單位截面積的熱量。條件：穩(wěn)定傳熱，即傳熱過程中，材料在傳熱方向上各處的溫度T是恒定的，與時間無關，

Q/t是常數(shù)。穩(wěn)定傳熱過程53傅里葉（Fourier）定律負號表示熱流方向與溫度梯度（dT導熱系數(shù)

反映了物質(zhì)的導熱能力。不同物質(zhì)，差異很大。金屬50～415W/(m?K)合金12～120W/(m?K)非金屬液體0.17～0.7W/(m?K)絕熱材料0.03～0.17W/(m?K)大氣壓下氣體0.007～0.17W/(m?K)54導熱系數(shù)反映了物質(zhì)的導熱能力。金屬50～415W/(m不穩(wěn)定傳熱過程一個與外界無熱交換，本身存在溫度梯度的物體，存在熱端溫度不斷降低，冷端溫度不斷提高，最終達到一致的平衡溫度。此時物體單位面積上溫度隨時間的變化為：不穩(wěn)定傳熱，即物體內(nèi)各處的溫度隨時間而變化。

—密度cp—恒壓熱容55不穩(wěn)定傳熱過程一個與外界無熱交換，本身存在溫度梯度的物體，存2.熱擴散率（導溫系數(shù)）的定義：a：導溫系數(shù)

：密度cp：熱容導溫系數(shù)表征材料在溫度變化時，內(nèi)部各部分溫度趨于均勻的能力。即在導熱過程中，導溫系數(shù)標志著溫度變化的速度。在相同的加熱或冷卻條件下，a愈大，則物體內(nèi)各處溫度差愈小。：熱膨脹系數(shù)E：彈性模量：應力鋼件淬火時產(chǎn)生的熱應力：562.熱擴散率（導溫系數(shù)）的定義：a：導溫系數(shù)導溫系數(shù)表征材料氣體導熱——質(zhì)點間直接碰撞金屬導熱——自由電子間碰撞固體導熱——晶格振動（格波）；并且格波分為聲頻支（低溫；聲子導熱）和光頻支（高溫；光子導熱）兩類

二、熱傳導的微觀機理57氣體導熱——質(zhì)點間直接碰撞二、熱傳導的微觀機理571：聲子和聲子導熱根據(jù)量子理論

一個諧振子的能量變化不能取任意值，只能取量子能量的整數(shù)倍，一個量子所具有的能量為hν晶格振動中的能量同樣是量子化的，聲頻支格波可以看成是一種彈性波，類似在固體中傳播的聲波，聲頻波的量子稱為聲子，它所具有的能量應該為hν當把格波的傳播看成聲子的運動后，可把格波與物質(zhì)的相互作用理解為聲子和物質(zhì)的碰撞581：聲子和聲子導熱58因此，可用氣體中熱傳導的概念處理聲子熱傳導問題，晶體熱傳導是聲子碰撞的結(jié)果氣體熱傳導公式

C：氣體容積熱容；：氣體分子平均速度

l：氣體分子平均自由程59因此，可用氣體中熱傳導的概念處理聲子熱傳導問題，晶體熱傳導是由于聲子的速度可以看成是僅與晶體的密度和彈性力學性質(zhì)有關，而與頻率無關的參量。但熱容和平均自由程都是聲子振動頻率的函數(shù)。所以固體熱導率的普遍形式為：60由于聲子的速度可以看成是僅與晶體的密度和彈性力學性質(zhì)有關，而2：光子導熱因為固體具有能量，會輻射出頻率較高的電磁波電磁波的頻譜為：波長：0.4-40μm；為可見光與部分紅外光可見光與紅外光稱為熱射線，傳遞過程稱為熱輻射由于在光頻范圍，可看成光子的導熱過程黑體單位容積的輻射能

σ：常數(shù)；n：折射率；vc：光速612：光子導熱61輻射傳熱中容積熱容相當于提高輻射溫度所需的能量輻射線在介質(zhì)中的傳播速度輻射能的傳導率

62輻射傳熱中容積熱容相當于提高輻射溫度所需的能量623：電子導熱由于電子導熱可以看成自由電子的碰撞，同理可得電子的導熱率為：總結(jié)：

1）對純金屬，電子導熱是主要機制2）在合金中，聲子導熱的作用加強3）對半導體，聲子導熱與電子導熱相仿4）絕緣體，幾乎只存在聲子導熱機制5）光子導熱只能在極高溫度下存在

633：電子導熱631.溫度的影響三、影響熱導率的因素氣體：隨溫度的升高，其導熱系數(shù)增大。金屬材料：隨溫度的升高，其導熱系數(shù)先增大，超過一定值后，緩慢下降。耐火氧化物多晶材料：隨溫度的升高，其導熱系數(shù)下降。物質(zhì)的種類不同，導熱系數(shù)隨溫度的變化規(guī)律不同。例如：不致密的耐火材料：由于氣孔導熱的貢獻，隨著溫度的升高，導熱率略有提高。641.溫度的影響三、影響熱導率的因素氣體：隨溫度的升高，其導熱65652.顯微結(jié)構的影響（1）結(jié)晶構造的影響聲子傳導與晶格振動的非諧性有關。晶體結(jié)構愈復雜，晶格振動的非諧性程度愈大。格波受到的散射愈大，因此，聲子平均自由程較小，熱導率較低。如：鎂鋁尖晶石的熱導率比Al2O3和MgO的熱導率都低，莫來石的結(jié)構更復雜，其熱導率比尖晶石還低得多。（2）各向異性晶體的熱導率非等軸晶系的晶體熱導率呈各向異性，膨脹系數(shù)低的方向，熱導率大。溫度升高時，不同方向的熱導率差異減小。因為溫度升高，晶體結(jié)構的對稱性提高。662.顯微結(jié)構的影響（1）結(jié)晶構造的影響聲子傳導與晶格振動的（3）多晶體與單晶體的熱導率對于同一種物質(zhì)，多晶體的熱導率總是比單晶體小。因為多晶體中，晶粒尺寸小，晶界多，缺陷多，晶界處雜質(zhì)也多，聲子更易受到散射，其平均自由程要小得多，所以熱導率小。溫度愈高，差異愈大：晶界、缺陷、雜質(zhì)在高溫時對聲子的阻礙作用更強；高溫時，單晶中光子傳導效應比多晶中更明顯。67（3）多晶體與單晶體的熱導率對于同一種物質(zhì)，多晶體的熱導率總6868（4）非晶體的熱導率非晶體具有“近程有序，長程無序”的結(jié)構。低溫下，其聲子平均自由程在不同溫度上基本為常數(shù)，其值近似等于幾個晶格的間距。較高溫度下，玻璃的導熱主要由熱容與溫度的關系決定；較高溫度以上則需考慮光子導熱的貢獻。hgFh′g′光子熱導大光子熱導小非晶體導熱系數(shù)曲線69（4）非晶體的熱導率非晶體具有“近程有序，長程無序”的結(jié)構。不考慮光子導熱的貢獻時，所有溫度下非晶體的導熱系數(shù)都比晶體的?。痪w和非晶體材料的導熱系數(shù)在高溫時比較接近；非晶體材料的導熱系數(shù)不存在峰值點；組分對非晶體導熱系數(shù)的影響較小。70不考慮光子導熱的貢獻時，所有溫度下非晶體的導熱系數(shù)都比晶體的3.化學組成的影響構成晶體的質(zhì)點的大小、性質(zhì)不同，其晶格振動狀態(tài)不同，導致其熱導率不同。一般而言，質(zhì)點的原子量愈小，密度愈小，楊氏模量愈大，德拜溫度愈高，則熱導率愈大。因此，輕元素的固體和結(jié)合能高的固體熱導率較大。如：

金剛石=1.710-2W/(m?K)

Si=1.010-2W/(m?K)

Ge=0.510-2W/(m?K)713.化學組成的影響構成晶體的質(zhì)點的大小、性質(zhì)不同，其晶格振雜質(zhì)、固溶體的形成使熱導率降低，取代元素的質(zhì)量和大小與基體元素相差越大，取代后結(jié)合力改變越大，對熱導率的影響越大。72雜質(zhì)、固溶體的形成使熱導率降低，取代元素的質(zhì)量和大小與基體元4.復相材料的熱導率分散相均勻地分散在連續(xù)相中：

c和

d分別為基體和分散相的的熱導率Vd：分散相的體積分數(shù)734.復相材料的熱導率分散相均勻地分散在連續(xù)相中：c和d5.氣孔的影響將氣孔看作分散相：

s：固相的熱導率p：氣孔的體積分數(shù)在不改變結(jié)構狀態(tài)的情況下，氣孔率增大，總是使降低。多孔、泡沫硅酸鹽、纖維制品、粉末和空心球狀輕質(zhì)陶瓷制品的保溫原理。對于陶瓷，當溫度較低時，在氣孔較少、尺寸較小、分布均勻的情況下，氣孔可看作一分散相，此時陶瓷材料的熱導率按復相陶瓷的熱導率計算。745.氣孔的影響將氣孔看作分散相：s：固相的熱導率在不改變結(jié)四、某些無機材料的熱導率由于影響無機材料熱導率的因素復雜，實際材料的熱導率一般依靠實驗測定。低溫具有較高熱導率的材料，隨著溫度的升高，熱導率降低。地熱導率的材料正好相反。75四、某些無機材料的熱導率由于影響無機材料熱導率的因素復雜，實低溫具有較高熱導率的材料（Al2O3，BeO，MgO）：A：常數(shù)T：熱力學溫度對于Al2O3、MgO、BeO，A分別為16.2，18.8，55.4，適用溫度范圍分別為2073K、2073K、1273~2073K。玻璃體的熱導率隨溫度的升高緩慢增大。高于773K時，由于輻射傳熱效應使其熱導率上升較快，經(jīng)驗公式為：建筑材料、粘土質(zhì)耐火磚、保溫磚：c、d：常數(shù)T：熱力學溫度b：常數(shù)

0：0°C時材料的熱導率76低溫具有較高熱導率的材料（Al2O3，BeO，MgO）：A：熱導率微觀機理影響因素舉例熱學性能晶格振動熱容熱膨脹熱傳導熱穩(wěn)定性77熱導率微觀機理影響因素舉例熱學性能晶格振動熱容熱膨脹熱傳導熱第四節(jié)無機材料的熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性（抗熱震性）：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：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(zhì)。78第四節(jié)無機材料的熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性（抗熱震性）：材料承受溫無機材料的熱穩(wěn)定性熱應力定義

由于溫度變化而引起的應力稱為熱應力

抗熱沖擊斷裂性

它是指在非正常熱傳導的急冷或急熱的情況下，物體內(nèi)溫度梯度和沖擊熱應力促使材料失去延性而產(chǎn)生脆性破壞?？篃釠_擊損傷性

熱損傷可導致材料的表面開裂、剝落并不斷發(fā)展。79無機材料的熱穩(wěn)定性熱應力定義79一、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(chǎn)生龜裂的前一次加熱溫度0C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。（普通耐火材料）耐火材料：1123K；40min；283－293K；3(5－10)min80一、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3.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(jié)構材料）。813.試樣加熱到一定溫度后，在水中急冷，然后測其抗折強度的

構件的熱膨脹或收縮受到約束時造成應力;相連接的兩個構件存在溫度差，構件間相互約束造成熱應力;構件存在溫度梯度，其間各部分相互約束，鋼化玻璃;不同材料的組合和約束造成熱應力。二、熱應力的產(chǎn)生82構件的熱膨脹或收縮受到約束時造成應力;二、熱應力的產(chǎn)生8熱應力指由于材料熱膨脹或收縮引起的內(nèi)應力。l熱應力：產(chǎn)生原因：機械約束多相復合材料存在溫度梯度冷卻時，產(chǎn)生的熱應力為張應力（正值），這種應力才會使桿件斷裂。83熱應力指由于材料熱膨脹或收縮引起的內(nèi)應力。l熱應力：產(chǎn)生原因三、熱應力的計算薄板的熱應力圖84三、熱應力的計算薄板的熱應力圖84熱應力的計算解得：不允許x方向漲縮不允許z方向漲縮85熱應力的計算解得：不允許x方向漲縮不允許z方向漲縮85熱應力的計算當t=0時，若它恰好達到材料強度，則會出現(xiàn)開裂破壞，求得：對于非薄板材料：86熱應力的計算當t=0時，若它恰好達到材料強度，則會出現(xiàn)開裂破四、抗熱沖擊斷裂性能第一熱應力抵抗因子只要材料中最大熱應力值σmax不超過材料的強度極限σf，材料就不會破壞。顯然，ΔTm