第1-5讲 热传导与热稳定性
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第五章火焰传播和火焰稳定性
长度较长
长度较短
火焰稳定，表面光滑
火焰抖动，呈毛刷状
燃烧时较安静
燃烧时有噪声
流动面积小，粘度系数大 流动面积大，粘度系数小
湍流火焰传播
特点：
• 湍流使火焰面变弯曲，
层 流
湍 流
增大反应面积
火
火
• 湍流加剧了热和活性
焰
焰
中心的输运速率，增
大燃烧速率
• 湍流缩短混合时间， 提高燃烧速率
• 湍流燃烧，燃烧加强， 反应率增大
T0
层流火焰传播速度是与预混气的物理化学性质有关
宏观角度分析：
L u L
在固定火焰、稳定燃烧条件下：
导入热量
QD
Tm
L
T0
/ A
获得热焓量 Q h u L A 0C P (Tm T 0)
Q
A
t
Q mC p t
火焰传播速度
a
uL
dT dx C
2 Tm
WQdT
Ti
dT dx
p
uL
0 C p Ti
T0
则求得传播速度为：
uL
Tm
2 WQdT Ti
2 0
C
2 P
Ti T0
2
层流火焰传播速度uL表达式（3）
因为预热区反应速度很小
Ti
u L d 3 pr 2 k d
优点 • 可测定不同压力下、温度 下的以及高压情况下的火焰 传播速度 • 只适用火焰传播速度快的混合气
移动火焰测量法
平面火焰法
热传导与热稳定性
第14页/共17页
0.8
0.6 0.4 0.2 0.0
0
400 800 1200 温度（0C）
由于存在显微 裂纹而引起的 多晶的热膨胀 滞后现象
1. 热应力的产生 （1）热膨胀或收缩引起的热应力
当物体固定在支座之间，或固定在不同膨胀系数的 材料上，膨胀受到约束时，在物体内就形成应力-----（显微应力）。 第15页/共17页
第5页/共17页
光子和光子导热
微观机理
光子的导热：光子在介质中的传播过程 （光的散射、衍射、吸收、反射和折射）
热辐射：热射线的传递过程 （可见光与部分近红外光 温度的影响 2. 显微结构的影响 3. 化学组成的影响 4. 气孔的影响
第7页/共17页
温度的影响
固体导热：电子导热，声子导热和光子导热。
热传导过程：材料内部的能量传输过程
能量的载体：电子（德布罗意波） 声子（格波）：声频波的量子 光子（电磁波）
金属：主要是电子导热为主， 合金/半导体：电子/声子导热， 绝缘体：声子导热
第3页/共17页
热传导的物理机制
声子热传导：声子从高浓度到低浓度区域的扩散过程。
热阻： 声子扩散过程中的各种散射。
热传导系数：
1 3
cvl
其中，c：声子比热容；v：声子传播速度；l：声子平均自由程。
第4页/共17页
声子和声子导热 微观机理
❖格波的传播看成是质点-声子的运动； ❖格波与物质的相互作用，则理解为声子和物质的碰撞； ❖格波在晶体中传播时遇到的散射，则理解为
声子同晶体质点的碰撞； ❖理想晶体中的热阻，则理解为声子与声子的碰撞。 ❖晶体中，热传导的实质就是碰撞。
耐火材料 ： 1123K； 40min ； 283－293K； 3(5－!0)min
0.8
0.6 0.4 0.2 0.0
0
400 800 1200 温度（0C）
由于存在显微 裂纹而引起的 多晶的热膨胀 滞后现象
1. 热应力的产生 （1）热膨胀或收缩引起的热应力
当物体固定在支座之间，或固定在不同膨胀系数的 材料上，膨胀受到约束时，在物体内就形成应力-----（显微应力）。 第15页/共17页
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光子和光子导热
微观机理
光子的导热：光子在介质中的传播过程 （光的散射、衍射、吸收、反射和折射）
热辐射：热射线的传递过程 （可见光与部分近红外光 温度的影响 2. 显微结构的影响 3. 化学组成的影响 4. 气孔的影响
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温度的影响
固体导热：电子导热，声子导热和光子导热。
热传导过程：材料内部的能量传输过程
能量的载体：电子（德布罗意波） 声子（格波）：声频波的量子 光子（电磁波）
金属：主要是电子导热为主， 合金/半导体：电子/声子导热， 绝缘体：声子导热
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热传导的物理机制
声子热传导：声子从高浓度到低浓度区域的扩散过程。
热阻： 声子扩散过程中的各种散射。
热传导系数：
1 3
cvl
其中，c：声子比热容；v：声子传播速度；l：声子平均自由程。
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声子和声子导热 微观机理
❖格波的传播看成是质点-声子的运动； ❖格波与物质的相互作用，则理解为声子和物质的碰撞； ❖格波在晶体中传播时遇到的散射，则理解为
声子同晶体质点的碰撞； ❖理想晶体中的热阻，则理解为声子与声子的碰撞。 ❖晶体中，热传导的实质就是碰撞。
耐火材料 ： 1123K； 40min ； 283－293K； 3(5－!0)min
无机材料的热学性能-第1讲
dV
西南科技大学
第三章 无机材料的热学性能
固体或液体：T↑，体积变化小，因此：
C P CV
高温时，固体或液体的Cp与Cv的差别较大！
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第三章 无机材料的热学性能
2、固体的经典热容理论
（1）元素的热容定律——杜隆一珀替定律
恒压下，元素的原子热容为： C
P
25 J /( k mol )
西南科技大学
第三章 无机材料的热学性能
3、简谐振动 简谐振动：物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正 比、方向总是指向平衡位置的回复力作用下的振动 ；或物体的运动参量（位移、速度、加速度）随时 间按正弦或余弦规律变化的振动。
X A co s( 2 t / T )
式中：X为位移；A为振幅，即 质点离开平衡位置时 (x=0) 的最 大位移绝对值；t为时间；T为 (2 简谐振动的周期； t / T ) 为简 谐振动的位相。
彩电等多种电路中广泛应用的大功率管，其底部 的有机绝缘片，为了散热而要求具有良好的热导性。
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第三章 无机材料的热学性能
3.1 热学性能的物理基础
1、热性能的物理本质
升华 热容 晶格热振动 热膨胀 熔化 热稳定性
热传 导
热性能的物理本质:晶格热振动
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第三章 无机材料的热学性能
h
0
2
1
E
低温区：
hv
0
1
kT
C
v
e
kT
2
1
h kT
0
h 0 3R kT
e
低温区域，CV值按指数规律随温度T而变化，而 不是从实验中得出的按T3变化的规律。 忽略了各格波的频率差别，其假设过于简化。
第五章 材料的热性能PPT课件
➢材料热学性能的物理本质
材料的各种热性能的物理本质，均与晶格振动有关。 材料是由晶体及非晶体组成的。晶体点阵中的质点（原 子、离子）总是围绕着平衡位置作微小振动，从而产生 热量。这种振动称为晶格热振动。晶格热振动以格波的 形式在材料内传播。
晶格热振动是三维的。在三维方向上各质点热运动时动 能的总和，即为该材料的热量。
Cv＝
Q T
v
E T
v
(一) 热容量的经典理论
杜隆－珀替定律：恒压下元素的原子热容为25J/mol·K. 基本假设：①固体中的原子彼此孤立地作热振动；
②原子振动的能量是连续的； 经典统计理论的能量均分定理：
气体分子的热容理论用于固体。每一个简谐振动的平均能 量是kT ，若固体中有N个原子，则有3N个简谐振动，
主要内容热容热膨胀热传导热电性由于材料及其制品都是在一定的温度环境下使用的在使用过程中将对不同的温度作出反映表现出不同的热物理性能这些热物理性能称为材料的热学性能
第五章 材料的热性能
热容 热膨胀 热传导 热电性
主要内容
由于材料及其制品都是在一定的温度环境 下使用的，在使用过程中，将对不同的温度作 出反映，表现出不同的热物理性能，这些热物 理性能称为材料的热学性能。
频率从v到v+dv之间的振子数为g(v)dv,
德拜假设的振动谱区间内共有的振子数为：
max
g( )d 3N
(1)
0
N为单位体积内的原子数
又晶格振动可以看作弹性波在晶体内的传播，
频率分布函数为：
g
(
)
12 3
2
(2)
0
0由30 3
1
3 l
2 决定，
3
l 为纵波传播速度；
化学反应工程原理-热量传递与反应器的热稳定性
04 热量传递与反应器热稳定 性关系
热量传递对反应器热稳定性影响
温度梯度
热量传递导致反应器内温度分布不均，形成温度 梯度，影响反应速率和选择性。
热应力
不均匀的温度分布导致反应器材料产生热应力， 可能引发破裂或变形。
热失控
过度的热量积累可能导致反应器热失控，引发安 全事故。
反应器热稳定性对热量传递要求
传热面积等。
选用高性能材料
选择具有优良传热性能和高温 稳定性的材料，如陶瓷、金属 合金等。
强化热量管理
采用先进的热量管理技术，如 热管技术、微通道反应器等， 提高热量传递效率。
引入控制系统
引入先进的温度控制系统，实 现反应温度的精确控制，确保
反应器热稳定性。
05 热量传递与反应器热稳定 性实验方法
热稳定性影响因素
01
反应器结构
反应器的形状、尺寸、材质和保温措施等结构因素都会影响其热稳定性。
例如，反应器壁面厚度和材质热导率会影响热量传递速率，从而影响热
稳定性。
02
操作条件
操作压力、温度、物料浓度和流速等操作条件对反应器的热稳定性也有
显著影响。例如，高温高压条件下，反应速率加快，热量生成增多，对
优化措施
为实现优化目标，采取了多种措施，包括 改进换热器设计、优化操作参数、实施节 能技术改造等。
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基于模拟的评价方法
通过建立反应器的数学模型，模拟不同操作条件下的温度响应过程，分析模拟结果中的温 度波动范围和稳定时间等参数，评价反应器的热稳定性。这种方法成本低、效率高，但模 型精度和适用性需要验证。
基于理论分析的评价方法
通过分析反应器内的热量传递和反应动力学过程，推导热稳定性的理论判据和评价方法。 这种方法具有普适性，但需要深入的理论分析和计算。
第一章 材料的热学性能
1.2.2 晶态固体热容的量子理论回顾
普朗克提出振子能量的量子化理论。质点的能量 都是以 hv 为最小单位.
式中,
＝普朗克常数，
＝普朗克常数， = 园频率。
根据麦克斯威—波尔兹曼分配定律可推导出， 在温度为T时，一个振子的平均能量为:
将上式中多项式展开各取前几项，化简得：
在高温时，
所以
即每个振子单向振动的总能量与经典理论一致。 由于1mol固体中有N个原子，每个原子的热振动自 由度是3，所以1mol固体的振动可看做3N个振子的 合成运动，则1mol固体的平均能量为：
1.1 概述
热学性能的主要应用：
（1）微波谐振腔、精密天平、标准尺、标准电容等 使用的材料要求的热膨胀系数低； （2）电真空封装材料要求具有一定的热膨胀系； （3）热敏元件要求尽可能有高的热膨胀系数； （4）工业炉衬、建筑材料、以及航天飞行器重返大 气层的隔热材料要求具有优良的隔热性能； （5）晶体管散热器等要求优良的导热性能„„
微分热分析：测定试样温度随时间的变化率。
1.2.6 热分析应用实例 1、建立合金的相图 2、热弹性马氏体相变 的研究 3、有序－无序转变的 研究 4、钢中临界点分析
本节重点掌握内容：
1、热容的德拜模型及其局限性 2、热容随温度的变化规律 3、热分析方法在相变、有序-无序转变的应用
1.3 材料的热膨胀
4、热分析测定法
热分析法分为普通热分析、示差热分析和微分热分析
普通热分析：利用加热或冷却过程中热效应所产生的 温度变化和时间关系的一种分析技术。
示差热分析：利用示差热电偶（由两对热电偶互相串 联、极性反接而成，取得热电偶两热端的温差电势） 测定待测试样和标准温差而得到的。（示差热分析仪 DTA和示差扫描量热计DSC）
热传导PPT课件
.
7
.
8
2、声子热导
从晶格格波的声子理论可知，热传导过程 ------声子从高浓度区域到低浓度区域的扩散过程。
热阻：声子扩散过程中的各种散射。
根据气体热传导的经典分子动力学，热传导系数 λ ：
1 c l 3
cV：单位体积气体分子的比热------单位体积中声子的比热； v ：气体分子的运动速度------声子的运动速度； l：气体分子的平均自由程------声子的平均自由程。
热占一定份量，随着温度的上升，热导率略有增大（气体导热）
.
18
2、结构的影响
• 晶体结构越复杂，晶格振动偏离非线性越大，热导率越 低。 • 晶向不同，热传导系数也不一样，如：石墨、BN为层状 结构，层内比层间的大4倍，在空间技术中用于屏蔽材料。 • 多晶体与单晶体同一种物质多晶体的热导率总比单晶小。
—— 翻转过程（声子碰撞）
.
10
• 点缺陷的散射
散射强弱与点缺陷的大小和声子的波长相对大小有关。
点缺陷的大小是原子的大小：
在低温时，为长波，波长比点缺陷
大的多，估计 ： 波长 D a/T
犹如光线照射微粒一样，从雷利公
式知: 散射的几率 1/4 T4,平
均自由程与T4成反比.
在高温时，声子的波长和点缺陷大 小相近似，点缺陷引起的热阻与温 q 度无关。平均自由程为一常数。
➢ 非稳定传热（物体内各处的温度随时间而变化 ） 一个与外界无热交换，本身存在温度梯度的物体，随着时间的 推移温度梯度趋于零的过程，即存在热端温度不断降低和冷端 温度不断升高，最终达到一致的平衡温度。该物体内单位面积 上温度随时间的变化率为：
（ρ为密度，CP为恒压热容）
.
木材的热稳定性和热传导
木材的热稳定性和热传导木材作为一种天然的生物质材料，广泛应用于建筑、家具、造纸等行业。
在木材的使用过程中，其热稳定性及热传导性能是评价其使用性能的重要指标。
本文将从这两个方面展开讨论。
一、木材的热稳定性木材的热稳定性是指木材在受热时，其物理、化学性质发生变化的能力。
木材在高温下容易发生变形、开裂、炭化等现象，这与其化学组成、结构及环境条件密切相关。
1.1 木材的化学组成木材主要由纤维素、半纤维素、木质素和树脂等有机物质组成。
在高温下，木材中的纤维素、半纤维素和木质素会发生分解，导致木材质量的减轻和强度的下降。
1.2 木材的结构木材的结构对其热稳定性有很大影响。
木材中的细胞结构复杂，含有大量的孔隙，这使得木材在受热时，热量容易通过木材内部传导，导致木材内部温度的升高。
同时，木材的结构不均匀性也使得木材在受热时容易出现局部炭化、开裂等现象。
1.3 环境条件环境条件对木材的热稳定性有很大影响。
例如，湿度较高的木材在受热时，水分会蒸发，导致木材体积的收缩和热稳定性的降低。
此外，氧气浓度、气氛等因素也会影响木材的热稳定性。
二、木材的热传导性能木材的热传导性能是指木材在受热时，热量在其内部的传递能力。
木材的热传导性能受木材的密度、结构、含水率等因素的影响。
2.1 木材的密度木材的密度对其热传导性能有直接影响。
一般来说，木材的密度越大，其热传导性能越好。
因为密度大的木材，其细胞结构更加紧密，热量在木材内部的传递更加容易。
2.2 木材的结构木材的结构对其热传导性能有很大影响。
木材中的细胞结构含有大量的孔隙，这使得热量在木材内部传导时，容易受到孔隙的影响。
同时，木材的结构不均匀性也使得热量在木材内部的传递存在障碍。
2.3 木材的含水率木材的含水率对其热传导性能有很大影响。
含水率高的木材，在受热时，水分会蒸发，带走部分热量，降低木材的热传导性能。
反之，含水率低的木材，其热传导性能较好。
本文主要从木材的化学组成、结构、环境条件等方面分析了木材的热稳定性，以及从木材的密度、结构、含水率等方面讨论了木材的热传导性能。
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材料的热传导与热稳定性
基本概念： 基本概念： 热传导 热导率（λ） 热导率（ 热扩散率（α） 热扩散率（α） 基本规律： 基本规律： dQ dT = λS 傅立叶（Fourier）定律： dt 傅立叶（ ）定律： dx 魏德曼 弗兰兹定律： 魏德曼-弗兰兹定律 弗兰兹定律：
λ = LT σ
1 . 一定规格的试样，加热到一定温度，然后立即置于 一定规格的试样，加热到一定温度， 室温的流动水中急冷，并逐次提高温度和重复急冷， 室温的流动水中急冷，并逐次提高温度和重复急冷， 直至观察到试样发生龟裂， 直至观察到试样发生龟裂，则以产生龟裂的前一次加 热温度℃表示。（日用瓷） 。（日用瓷 热温度℃表示。（日用瓷） 2 . 试样的一端加热到某一温度，并保温一定时间，然 试样的一端加热到某一温度，并保温一定时间， 后置于一定温度的流动水中或在空气中一定时间， 后置于一定温度的流动水中或在空气中一定时间，重 复这样的操作，直至试样失重20%为止，以其操作次 为止， 复这样的操作，直至试样失重 为止 表示。 数n表示。 表示
声子和声子导热
格波的传播看成是质点-声子的运动；
微观机理
格波与物质的相互作用，则理解为声子和物质的碰撞； 格波在晶体中传播时遇到的散射，则理解为 声子同晶体质点的碰撞； 理想晶体中的热阻，则理解为声子与声子的碰撞。 晶体中，热传导的实质就是碰撞。
光子和光子导热
微观机理
光子的导热： 光子的导热：光子在介质中的传播过程 光的散射、衍射、吸收、反射和折射） （光的散射、衍射、吸收、反射和折射）
耐火材料 ： 1123K； ； 40min ； 283－293K； 3(5－!0)min － ； －
3 . 试样加热到一定温度后，在水中急冷，然后测其抗 试样加热到一定温度后，在水中急冷， 折强度的损失率，作为热稳定性的指标。（ 。（高温结构 折强度的损失率，作为热稳定性的指标。（高温结构 材料）。 材料）。
热应力的产生
热应力： 热应力：由于温度变化而引起的应力 在复合体中， 在复合体中，由于两种材料的热膨胀系数之间或 结晶学方向有大的差别，形成应力， 结晶学方向有大的差别，形成应力，如果该应力 过大，就可以在复合体中引起微裂纹。 过大，就可以在复合体中引起微裂纹。 在材料中存在微裂纹， 在材料中存在微裂纹，测出的热膨胀系数出现滞 后现象------ 膨胀系数低于单晶的膨胀系数。 膨胀系数低于单晶的膨胀系数。 后现象 例如：在一些TiO2组成物中，有此现象。 组成物中， 例如：在一些 组成物中 有此现象。
热辐射： 热辐射：热射线的传递过程 可见光与部分近红外光的区域） （可见光与部分近红外光的区域）
影响热导率的因素
1. 温度的影响 2. 显微结构的影响 3. 化学组成的影响 4. 气孔的影响
温度的影响
温度较低时，主要是 声子传导 自由程则有随温度的升高而 迅速降低的特点 高 温 时 ,λ 则 迅 速 降 低 ， 在40K附近，出现极大值。 当达到1600K时，由于辐射 传热，λ又有所升高 热导率随温度的变化
热冲击损坏的类型： 热冲击损坏的类型：
抗热冲击断裂性：材料发生瞬时断裂； 抗热冲击断裂性：材料发生瞬时断裂； 抗热冲击损伤性：在热冲击循环作用下， 抗热冲击损伤性：在热冲击循环作用下，材料的表 面开裂、剥落、并不断发展，最终碎裂或变质。 面开裂、剥落、并不断发展，最终碎裂或变质。
热稳定性的表示方法
dQ dT = λ S dt dx
材料的热传导
（1）不稳定， 对于一个外界无热交换，本身又存在温度 梯度的物体， 梯度的物体，单位面积上的温度随时间的 T λ 2T 变化率为: 变化率为: = × 2 导热能力： 导热能力：λ t ρc p x λ 储热能力： 储热能力：Cv 热扩散率： 热扩散率： α = ρc 热扩散率： 热扩散率：α 魏德曼-弗兰兹定律： 魏德曼-弗兰兹定律：许多金属的热导率与 电导率之比与温度成正比： 电导率之比与温度成正比： λ / σ = LT
抗热冲击断裂性能
热应力引起的断裂破坏， 热应力引起的断裂破坏，还要涉及散热 问题， 问题，因为这一个问题可缓解材料中的热 应力，一般有如下规律: 应力，一般有如下规律:
热导率越高，传热越快，有利于热稳定; 热导率越高，传热越快，有利于热稳定; 传热途径(通道) 传热途径(通道)短，易使材料中的温度均匀; 易使材料中的温度均匀; 表面散热速率。该速率大，内外温差就大， 表面散热速率。该速率大，内外温差就大， 热应力就高， 就越不利于热稳定性。 热应力就高， 就越不利于热稳定性
热传导的物理机制
声子热传导：声子从高浓度到低浓度区域的扩散过程。 声子热传导：声子从高浓度到低浓度区域的扩散过程。 热阻： 声子扩散过程中的各种散射。 热阻： 声子扩散过程中的各种散射。 热传导系数χ 热传导系数χ： λ = 1 cvl 3
其中， 声子比热容； 声子传播速度； 声子平均自由程。 其中，c：声子比热容；v：声子传播速度；l：声子平均自由程。
材料的热传导
（1）稳定传热过程: ）稳定传热过程:
定义
热传导: 热传导:材料中热量由高温向低温区域传递的现象。 热导率λ(Thermal Conductivity）： 热导率λ(Thermal Conductivity）： 单位温度梯度下，单位时间内通过单位垂直 面积的热量。 λ导热能力。 傅立叶（Fourier）定律： 傅立叶（Fourier）定律：
显微结构的影响
几种不同晶型的无机材料热导率与温度的关系
显微结构的影响
晶体和非晶体材料的导热系数曲线
化学组成的影响
MgO-NiO的固溶体的热导率 的固溶体的热导率
材料的热稳定性
热稳定性（抗热振性）： 热稳定性（抗热振性）：材料承受温度的急剧
变化（热冲击）而不致破坏的能力。 变化（热冲击）而不致破坏的能力。
表面热传递系数h 材料表面温度比周围环境 表面热传递系数h—材料表面温度比周围环境 温度高1K 1K时在单位面积单位时间带走的热量 温度高1K时在单位面积单位时间带走的热量。
提高抗热冲击断裂性能的措施
1. 2. 3. 4. 5. 提高应力强度σ 减小弹性模量E 提高应力强度σ，减小弹性模量E 提高材料的热导率 减小材料的膨胀系数 减少材料表面热传递系数 减小产品的有效厚度
固体材料热传导的微观机理
固体导热：电子导热，声子导热和光子导热。 固体导热：电子导热，声子导热和光子导热。 热传导过程： 热传导过程：材料内部的能量传输过程 能量的载体：电子（德布罗意波） 能量的载体：电子（德布罗意波） 声子（格波）： ）：声频波的量子 声子（格波）：声频波的量子 光子（电磁波） 光子（电磁波） 金属：主要是电子导热为主， 金属：主要是电子导热为主， 合金/半导体：电子/声子导热， 合金/半导体：电子/声子导热， 绝缘体： 绝缘体：声子导热
0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 400 800 1200 温度（0C） 温度（ 由于存在显微 裂纹而引起的 多晶的热膨胀 滞后现象
1. 热应力的产生 （1）热膨胀或收缩引起的热应力 当物体固定在支座之间， 当物体固定在支座之间，或固定在不同膨胀系数的 材料上，膨胀受到约束时， 材料上，膨胀受到约束时，在物体内就形成应力-----（显微应力）。 显微应力）。
基本概念： 基本概念： 热传导 热导率（λ） 热导率（ 热扩散率（α） 热扩散率（α） 基本规律： 基本规律： dQ dT = λS 傅立叶（Fourier）定律： dt 傅立叶（ ）定律： dx 魏德曼 弗兰兹定律： 魏德曼-弗兰兹定律 弗兰兹定律：
λ = LT σ
1 . 一定规格的试样，加热到一定温度，然后立即置于 一定规格的试样，加热到一定温度， 室温的流动水中急冷，并逐次提高温度和重复急冷， 室温的流动水中急冷，并逐次提高温度和重复急冷， 直至观察到试样发生龟裂， 直至观察到试样发生龟裂，则以产生龟裂的前一次加 热温度℃表示。（日用瓷） 。（日用瓷 热温度℃表示。（日用瓷） 2 . 试样的一端加热到某一温度，并保温一定时间，然 试样的一端加热到某一温度，并保温一定时间， 后置于一定温度的流动水中或在空气中一定时间， 后置于一定温度的流动水中或在空气中一定时间，重 复这样的操作，直至试样失重20%为止，以其操作次 为止， 复这样的操作，直至试样失重 为止 表示。 数n表示。 表示
声子和声子导热
格波的传播看成是质点-声子的运动；
微观机理
格波与物质的相互作用，则理解为声子和物质的碰撞； 格波在晶体中传播时遇到的散射，则理解为 声子同晶体质点的碰撞； 理想晶体中的热阻，则理解为声子与声子的碰撞。 晶体中，热传导的实质就是碰撞。
光子和光子导热
微观机理
光子的导热： 光子的导热：光子在介质中的传播过程 光的散射、衍射、吸收、反射和折射） （光的散射、衍射、吸收、反射和折射）
耐火材料 ： 1123K； ； 40min ； 283－293K； 3(5－!0)min － ； －
3 . 试样加热到一定温度后，在水中急冷，然后测其抗 试样加热到一定温度后，在水中急冷， 折强度的损失率，作为热稳定性的指标。（ 。（高温结构 折强度的损失率，作为热稳定性的指标。（高温结构 材料）。 材料）。
热应力的产生
热应力： 热应力：由于温度变化而引起的应力 在复合体中， 在复合体中，由于两种材料的热膨胀系数之间或 结晶学方向有大的差别，形成应力， 结晶学方向有大的差别，形成应力，如果该应力 过大，就可以在复合体中引起微裂纹。 过大，就可以在复合体中引起微裂纹。 在材料中存在微裂纹， 在材料中存在微裂纹，测出的热膨胀系数出现滞 后现象------ 膨胀系数低于单晶的膨胀系数。 膨胀系数低于单晶的膨胀系数。 后现象 例如：在一些TiO2组成物中，有此现象。 组成物中， 例如：在一些 组成物中 有此现象。
热辐射： 热辐射：热射线的传递过程 可见光与部分近红外光的区域） （可见光与部分近红外光的区域）
影响热导率的因素
1. 温度的影响 2. 显微结构的影响 3. 化学组成的影响 4. 气孔的影响
温度的影响
温度较低时，主要是 声子传导 自由程则有随温度的升高而 迅速降低的特点 高 温 时 ,λ 则 迅 速 降 低 ， 在40K附近，出现极大值。 当达到1600K时，由于辐射 传热，λ又有所升高 热导率随温度的变化
热冲击损坏的类型： 热冲击损坏的类型：
抗热冲击断裂性：材料发生瞬时断裂； 抗热冲击断裂性：材料发生瞬时断裂； 抗热冲击损伤性：在热冲击循环作用下， 抗热冲击损伤性：在热冲击循环作用下，材料的表 面开裂、剥落、并不断发展，最终碎裂或变质。 面开裂、剥落、并不断发展，最终碎裂或变质。
热稳定性的表示方法
dQ dT = λ S dt dx
材料的热传导
（1）不稳定， 对于一个外界无热交换，本身又存在温度 梯度的物体， 梯度的物体，单位面积上的温度随时间的 T λ 2T 变化率为: 变化率为: = × 2 导热能力： 导热能力：λ t ρc p x λ 储热能力： 储热能力：Cv 热扩散率： 热扩散率： α = ρc 热扩散率： 热扩散率：α 魏德曼-弗兰兹定律： 魏德曼-弗兰兹定律：许多金属的热导率与 电导率之比与温度成正比： 电导率之比与温度成正比： λ / σ = LT
抗热冲击断裂性能
热应力引起的断裂破坏， 热应力引起的断裂破坏，还要涉及散热 问题， 问题，因为这一个问题可缓解材料中的热 应力，一般有如下规律: 应力，一般有如下规律:
热导率越高，传热越快，有利于热稳定; 热导率越高，传热越快，有利于热稳定; 传热途径(通道) 传热途径(通道)短，易使材料中的温度均匀; 易使材料中的温度均匀; 表面散热速率。该速率大，内外温差就大， 表面散热速率。该速率大，内外温差就大， 热应力就高， 就越不利于热稳定性。 热应力就高， 就越不利于热稳定性
热传导的物理机制
声子热传导：声子从高浓度到低浓度区域的扩散过程。 声子热传导：声子从高浓度到低浓度区域的扩散过程。 热阻： 声子扩散过程中的各种散射。 热阻： 声子扩散过程中的各种散射。 热传导系数χ 热传导系数χ： λ = 1 cvl 3
其中， 声子比热容； 声子传播速度； 声子平均自由程。 其中，c：声子比热容；v：声子传播速度；l：声子平均自由程。
材料的热传导
（1）稳定传热过程: ）稳定传热过程:
定义
热传导: 热传导:材料中热量由高温向低温区域传递的现象。 热导率λ(Thermal Conductivity）： 热导率λ(Thermal Conductivity）： 单位温度梯度下，单位时间内通过单位垂直 面积的热量。 λ导热能力。 傅立叶（Fourier）定律： 傅立叶（Fourier）定律：
显微结构的影响
几种不同晶型的无机材料热导率与温度的关系
显微结构的影响
晶体和非晶体材料的导热系数曲线
化学组成的影响
MgO-NiO的固溶体的热导率 的固溶体的热导率
材料的热稳定性
热稳定性（抗热振性）： 热稳定性（抗热振性）：材料承受温度的急剧
变化（热冲击）而不致破坏的能力。 变化（热冲击）而不致破坏的能力。
表面热传递系数h 材料表面温度比周围环境 表面热传递系数h—材料表面温度比周围环境 温度高1K 1K时在单位面积单位时间带走的热量 温度高1K时在单位面积单位时间带走的热量。
提高抗热冲击断裂性能的措施
1. 2. 3. 4. 5. 提高应力强度σ 减小弹性模量E 提高应力强度σ，减小弹性模量E 提高材料的热导率 减小材料的膨胀系数 减少材料表面热传递系数 减小产品的有效厚度
固体材料热传导的微观机理
固体导热：电子导热，声子导热和光子导热。 固体导热：电子导热，声子导热和光子导热。 热传导过程： 热传导过程：材料内部的能量传输过程 能量的载体：电子（德布罗意波） 能量的载体：电子（德布罗意波） 声子（格波）： ）：声频波的量子 声子（格波）：声频波的量子 光子（电磁波） 光子（电磁波） 金属：主要是电子导热为主， 金属：主要是电子导热为主， 合金/半导体：电子/声子导热， 合金/半导体：电子/声子导热， 绝缘体： 绝缘体：声子导热
0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 400 800 1200 温度（0C） 温度（ 由于存在显微 裂纹而引起的 多晶的热膨胀 滞后现象
1. 热应力的产生 （1）热膨胀或收缩引起的热应力 当物体固定在支座之间， 当物体固定在支座之间，或固定在不同膨胀系数的 材料上，膨胀受到约束时， 材料上，膨胀受到约束时，在物体内就形成应力-----（显微应力）。 显微应力）。