材料物理性能复习资料

晶格热振动：晶体中的质点总是围绕着平衡位置作微小振动。

格波:晶格振动以波的形式在材料内传播。

热容：在没有相变或化学反应的条件下，材料温度升高1K时所吸收的热量(Q)，单位为J／k。

声频支振动:格波中频率甚低的振动波，质点彼此之间的位相差不大时，格波类似于弹性体中的应变波.

光频支振动:格波中频率甚高的振动波，质点间的位相差很大，邻近质点的运动几乎相反时，频率往往在红外光区

为什么温度升高材料会吸收热量？这是因为温度升高时，晶格振动加剧，材料的内能增加；另外，吸收的热量与过程有关，若温度升高时体积发生膨胀，物体还要对外作功。

热容是材料的焓随温度变化而变化的一个物理量，这就是热容的本质。组织转变对热容的影响:①一级相变：相变在某一温度点完成，除体积突变外，还同时吸收和放出潜热的相变。如金属三态转变、同素异构转变、合金的共晶和包晶转变等。特点：如图1-6(a)所示，加热到Tc时，热焓H发生突变，热容为无限大。

②二级相变：是在一定温度区间内逐步完成。如磁性转变、bbc点阵有有序—无序转变、合金的超导转变等。

特点：如图1-6(b)所示，热焓无突变，仅在相变点附近的狭窄区域内加剧，同时热容也发生剧烈变化，但为有限值。相变的潜热对应于图中的阴影部分面积。

热容的测量:1.量热计法2.撒克斯法3.热分析法

热膨胀：物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象。

线膨胀系数：温度升高1K时，物体的相对伸长。

线性振动：是指质点间的作用力与距离成正比。

热膨胀和结合能、熔点的关系:固体材料的热膨胀与晶体点阵中质点的位能性质有关，而质点的位能性质是由质点间的结合力特性所决定的。所以，质点间结合力强，热膨胀系数小.熔点也取决于质点间的结合力。所以熔点高的材料膨胀系数小。

热膨胀系数的测定：要测准材料的平均线膨胀系数，关键在于能否精确地给出试样温度变化值△T并同时精确反映出此时试样长度的变化值△L。通常把能给出试样长度随温度变化的装置称为膨胀仪。按原理可分为机械式、光学式和电测式。

1.机械杠杆式膨胀仪：把试样的膨胀量通过杠杆放大传递到记录笔上。

2.光杠杆膨胀仪：是利用三角架的机械放大，再加上安装在三角架上的旋转镜的光点反射光程的放大，使用照相方法直接记录出膨胀曲线。其精度较高，稳定性较好，是目前使用最高度广泛的膨胀仪之一。

3.电感式膨胀仪：是目前应用最多的一种，放大倍数高。

热膨胀分析：组织转变附加的体积效应使膨胀曲线产生拐

折。

切线法：从膨胀曲线可以确定组织转变临界点：①取膨胀

曲线上偏离单纯热膨胀规律的开始点，即切离点。

②取膨胀曲线上4个极值点a、b、c、d所对应温度作为组

织转变临界点Ac1、Ac3、Ar3、Ar1

影响热膨胀的因素：1.键强：键强越大的材料，热系数越

小。2.晶体结构一般规律（1）结构不同（即使成分相同），膨胀系数不同。（2）通常结构紧密的晶体，膨胀系数较大；3.非等轴晶系晶体，其单晶在各晶轴方向上的膨胀系数不同。4.相变：材料在加热过程中发生相变时，体积变化，材料的膨胀系数也变化。5.化学成分:形成固溶体合金时，溶质元素的种类和含量对合金的膨胀系数有明显影响。两元素形成的化合物比形成的固溶体膨胀系数小。多相合金的膨胀系数介于其组成相的膨胀系数之间。可近似地根据“加和法则”粗略计算。

温度应力又称为热应力,它是由于构件受热不均匀而存在着温度差异,各处膨胀变形或收缩变形不一致,相互约束而产生的内应力

熔点：在一个大气压下，晶体从固态熔化为液态的温度。

热传导：当固体材料一端的温度比另一端高时，热量会从热端自动地传向冷端的现象。

热传导：热量降从温度高的区域自动流向温度低的区域的现象。

稳定传热是：传热过程中，材料在传热方向上各处的温度T是恒定的，与时间无关，△Q/△t是常数。

导热系数λ的物理意义是指单位温度梯度下，单位时间内通过单位垂直面积的热量。

热阻率：热导率的倒数。

非稳定传热是指：传热过程中物体内各处的温度随时间而变化。

固体导热的基本方式：由晶格振动的格波和自由电子的运动来实现的。气体导热的基本方式：质点间直接碰撞

金属材料导热的基本方式：自由电子间碰撞；

非金属材料导热的基本方式：晶格振动（格波）→声子碰撞，并且格波分为声频支和光频支两类。在温度不高时，光频支的能量很小，固体材料的导热主要靠声频支的作用，可以忽略光频支在导热过程中的作用。声频波的量子称为声子。它所具有能量仍然应该是hv ，经常用ћω来表示。

声子热导的理论假设：可把声频支的传热看成是声子的运动。把格波和物质的相互作用理解为声子和物质的碰撞，把格波在晶体中传播时遇到的散射看作是声子同晶体中质点的碰撞，把理想晶体中热阻归结为声子-声子的碰撞。

晶格的热振动是非线性的→晶格间有着一定的耦合作用→声子间会产生碰撞，使声子的平均自由程减小→热导率降低。声子间碰撞引起的散射是晶格中热阻的主要来源。

热射线：有热效应的电磁波称为热射线。

热辐射：热射线的传递过程称为热辐射。

影响导热性能的因素：电导率，温度，晶体结构，化学组成，复相陶瓷，气孔。

热导率的测量：稳态法，非稳态法

热稳定性:材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力，所以又称为抗热震性。

热应力：材料由于热膨胀或收缩引起的内应力

热冲击损坏的类型

（1）材料抵抗发生瞬时断裂这类破坏的性能，称为抗热冲击断裂性；（2）材料抵抗在热冲击循环作用下，材料表面开裂、剥落，并不断发展，最终碎裂或变质这类破坏的性能，称为抗热冲击损伤性。

提高抗热冲击断裂性能的措施:1．提高材料强度σ，减小弹性模量E，使σ／E提高。2．提高材料的热导率λ，使R′提高。3．减小材料的热膨胀系数α。4减小表面热传递系数h。5减小产品的有效厚度rm。6有意引入裂纹，是避免灾难性热震破坏的途径。

抗热冲击断裂性：以强度—应力（strength-stress）理论为判据，认为材料中热应力达到抗张强度极限后，材料产生开裂、破坏。这适应于玻璃、陶瓷等无机材料。

抗热冲击损伤性：以应变能—断裂能（strain-fracture energy）为判据，认为在热应力作用下，裂纹产生，扩展以及蔓延的程度与材料积存有弹性应变能和裂纹扩展的断裂表面能

热导率的应用：（1）是保温材料选择的依据；（2）金属材料热处理计算保温时间的重要参数；（3）多相材料的导热系数可降低，且气体的导热系数比固体材料要低得多，气孔率高的多孔轻质耐火材料比一般的耐火材料的导热系数低，这是隔热耐火材料生产应用的基础。（4）航空、航天材料，电子信息材料的选择与计算。