1、材料物理性能 B西安科技大学材料学院 材料的热学性能第一章本章主要内容 l热学性能的物理基础 l材料的热容l材料的热膨胀l材料的热传导l材料的热稳定性本章要点及本章重点本章要点及本章重点l 本章重点： 声子； 热容；热容定律；爱因斯坦模型；德拜模型；无机材料的热容；金属材料的热容； 热膨胀； 热膨胀的物理本质； 热传导； 热传导定律；热传导的物理机制； 影响因素； 热应力；热应力断裂抵抗因子。l 本章难点： 热容定律；爱因斯坦模型；德拜模型；热膨胀的物理本质；热传导定律；热传导的物理机制子。 搞清楚点阵振动和各项热性能的机理，影响各热性能的主要因素，并要联系材料的热性质，加强理论与实际相联系。
2、 由于材料和制品往往要应用于不同的温度环境中，很多使用场合还对它们的热性能有着特定的要求，因此热学性能是材料重要的基本性质之一。材料热性能研究的意义（应用方面） ：1、材料热性能在空间科学技术中的应用 2、材料热性能在能源科学技术中的应用 3、材料热性能在电子技术和计算机技术中的应用为什么研究热学性能？为什么研究热学性能？引言1、材料热性能在空间科学技术中的应用、材料热性能在空间科学技术中的应用l 现代空间科学技术往往要求材料在变温条件，甚至在 极端温度条件下 工作。l 如空间飞行器从发射、入轨以后的轨道飞行直到再返回地球的过程中，要经受气动加热的各个阶段，都会遇到超高温和极低温的问题，必须要
3、有 “有效的隔热与防热措施 ”， 这有赖于对其热过程进行热分析和热设计 ，导热系数 () 、比热 (Cv或 Cp)、导温系数 (即热扩散 )(a)、热发射率 () 、热膨胀系数 ( )和粘度 ( )等则是热计算和热设计的关键参数，也是研制、评价和优选所用隔热和防热材料的主要技术依据。 l 又如空间飞行时，飞行器的头部是承受最高温度和最大热流的部位，其表面温度最高可达 5000 ，解决此 “热障 ”的方法有： 辐射防热、烧蚀 (发汗 )防热、吸收 (热沉 )防热、温控涂层 。这很大程度上决定于防热系统材料的热性能。 l 辐射防热： 利用材料表面的热辐射性能的特殊防热方式，要求材料表面热发射率高，
4、关键参数是材料表面的热发射率。l 吸收防热： 利用材料本身的具有较大的比热容和导热系数，以便将热量尽多地吸收或导出。关键性能参数：材料的比热容和导热系数。l 烧蚀防热： 则要求协调各方面的性能参数，如：要求高的热发射率，以便让头部表面散失更多的热量；尽可能高的热容和尽可低的导温系数，以便让头部吸收更多的热量而又不至于升温过快；尽可能小的导热系数，头部表面的热量就难以传递到内壁；头部材料与基体材料之间的热应力应尽可能小，要求两者间的膨胀系数尽可能地匹配。l 温控涂层： 可解决飞行器工作室中温度差过大的不足，使其能正常工作。其原理主要是通过涂层的热辐射性能来调节实现的。2 、材料热性能在能源科学技
5、术中的应用、材料热性能在能源科学技术中的应用l 自 1973年出现能源危机以来，节约能源被称为 “第五能源 ”，据估计节能技术可使全世界总能耗减少 20 30%。近十多年已发展起来了 “隔热保温调节节能技术 ”，取得了很好的效果。l 据推算， 我国各类窑炉和输热管道，由于保温不善，每年的热损失折合标煤约为 3000 4000万吨。若能使热减少 15 20%，就可节约标煤 600 800万吨。这项技术关键点表现如下：i) 保温材料的优选和保温材料结构的优化设计。 关键技术：是材料的导热系数，要求最小 值时相对应的最佳容重和最佳内部结构。l ii) 远红外加热技术： 研制或选择具有特定的选择性辐射性能，即它的单色发射率 随不同的波长而变化，并且正好与所要加热或干燥的物品的选择吸收性能，即它的单色吸收率随波长变化曲线匹配的表面涂层。这样，被加热物体的某些红外波段的强烈吸收带正好是与表面涂层相对应的红外波段单色热发射率特别大的区域，故能获得最佳的能量利用率，此技术一般可获得节电 25%的综合效果。关键技术：物质表面单色热发射率 和单色吸收率 r。 l iii) 大阳能的利用： 要求尽可能多地吸收太阳辐射，并且要最大限度地抑制集热器本身的热损。措施：应用光谱选择性涂层。优化贮热、蓄热的结构设计，选择导热系数和比热系数合适的材料。
