(材料科学)材料物理性能 热

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1、材料物理性能主讲教师：朱鼎电子邮件：zd-0118@163.com办公地址：5号楼329室考核方式本课程采用笔试方式考核。课程总评成绩由平时成绩（占30%）和期末考试成绩两部分构成，平时成绩中实验成绩占10%，出勤、作业、课堂测验、学习主动性等占20%。课堂三定律第一定律，手机不能响第二定律，后排不能坐第三定律，作业不能抄参考教材《材料物理性能》，田莳编著，北京航空航天大学出版社，2004年。《材料物理性能》，邱成军主编，哈尔滨工业大学出版社，2007年。《材料物理性能》，郑冀等编著，天津大学出版社，2008年。《材料的

2、性能》，赵新兵等著，高等教育出版社，2006年。材料（material）：材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。20世纪70年：信息、材料和能源（文明的三大支柱）80年代以高技术群为代表的新技术革命，又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。分类：金属材料，无机非金属材料，高分子材料结构材料与功能材料第1章绪论材料性能是一种用于表征材料在给定的外界条件下的行为的参量。材料使用中表现有多少行为，就对应有多少性能。外界条件不同，相同的材料也会有不同的性能。多数的性能都有量纲。为了便于学

3、习、测试和研究，常采用不同的标准来划分性能第1章绪论物理性能：电，介电，热，光，磁，弹性和内耗力学性能：强度耐压抗折韧性刚性化学性能：抗氧化性能耐腐蚀性能抗酸、抗碱工艺性能：可塑性、流动性等使用性能：耐磨性等第1章绪论第1章绪论意义：1.制造和发展功能材料的基础2.对要求综合性能的结构材料而言，物理性能也是极为重要的。（航天飞机，热障涂层）3.利用材料的物理性质变化探讨材料内部的微观情况是一个重要的研究方法。4.非组织敏感：弹性模量，热膨胀系数，居里点（成分）组织敏感性：内耗，电阻率，磁导率（成分及组织），研究与组织的关

4、系，为合理制定生产工艺提供规律性的指导5.为确定产品的可靠性分析模型提供必要的物理性能用途和应用领域微处理器的盖和散热片：第2章材料的热性能2.1材料的热容2.2材料的热膨胀2.3材料的热传导2.4材料的热电效应2.1材料的热容1.固体热容理论简介热容（Heatcapacity）：一定量的物质在一定条件下温度升高1K所需要的热，是用以衡量物质所包含的热量的物理量，用符号C表示，单位是J·K-1。定压热容和定容热容：等压条件下的热容称定压热容，用符号Cp表示；等容条件下的热容称定容热容，用符号CV表示。比热容：1千克物质的

5、热容，用c表示，单位是J·kg-1·K-1。摩尔热容：1摩尔物质的热容，用Cm表示，单位是J·mol-1·K-1。对于固体和液体来说，Cp和CV近似相等，但是在要求较高的计算中不能忽略。对于理想气体来说，Cp,m−CV,m=R，其中R是理想气体常数2.1材料的热容1.固体热容理论简介1)杜隆-珀替定律：气体分子的热容理论用于固体，用经典的统计力学处理，晶体有N个原子，总的平均级能量3NkBT,N=NA,摩尔热容为：热容是一个固定不变的与温度无关的物理量，只用于除Si,C,B以外的一部分单原子金属。2.1材料的热容2)爱因

6、斯坦热容模型：前提：晶格中每个分子独立地振动，振动的频率为v,把原子的振动视为谐振子，谐振子具有0点能，谐振子的能量为：En为频率为v的谐振子振动能，n为声子量子数，取0，1，2，3…具有能量为En的谐振子数目为：2.1材料的热容2)爱因斯坦热容模型：温度为T，振动频率为v的谐振子平均能量为：一摩尔晶体有NA个原子，每个原子有3个自由度，共有3NA个自由度，每个自由度相当于有一个谐振子在振动：晶体振动的平均能量为：2.1材料的热容2)爱因斯坦热容模型：由等容热容定义得：讨论：（1）晶体处于较高温度时，kT>>hv,hv/

7、kT<<1,爱因斯坦函数趋向于1，此时：CV,m=3R=24.91J/mol/k,与杜隆-珀替定律是一致的，在温度较高时，比较准确。（2）温度很低时，hv>>kT，则有：实验表明：在低温时，热容和T3成正比，上式比实验值更快的趋于0.2.1材料的热容3)德拜热容模型：模型：晶体中各原子间存在弹性斥力和引力，这种力使原子的热振动相互受牵连和制约，相邻原子间协调齐步地振动。2.1材料的热容3)德拜热容模型：为频率态密度2.1材料的热容3)德拜热容模型：式中，为德拜特征温度，当当2.1材料的热容2.金属和合金的热容1）金属的热

8、容Ⅰ区Cm∝TⅡ区Cm∝T3Ⅲ区Cm>3R对于金属：其载流子主要是声子和电子。低温时有：2.1材料的热容2）德拜温度是反映固体的许多特性的重要标志。在熔点时，原子振幅达到使晶格破坏的数值，和熔点Ts有：林德曼公式A:相对原子质量，V:原子体积，Ts熔点物理意义：反映原子结合力物理量，越高，其结合力越大2.1材料的热容