无机非金属材料的性能.ppt

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1、第二章无机非金属材料的性能第一节热学性能无机非金属材料的性能综述1.传统无机非金属材料的特性（1）优点：具有抗腐蚀、耐高温的优点。（2）缺点：质脆、经不起热冲击的弱点。传统无机非金属材料与现在所用的许多金属材料相比，有许多独特的优势，这使得很多行业的科学家都对它情有独钟，然而，它的弱点的存在，又使它的应用范围受到了一定的限制。为此，科学家们进行深入的研究和探索，并进行了反复的实验，随之而来的便是多种多样具有特殊性能的新型无机非金属材料的问世。2.新型无机非金属材料的特性（1）耐高温、强度高。氧化铝陶瓷（人造刚玉）主要特性

2、①高熔点；②高硬度；③可制成透明陶瓷；④无毒、不溶于水，强度高；⑤对人体有较好的适应性主要用途高级耐火材料，刚玉球磨机；高压钠灯的灯管、人造骨、人造牙、人造心瓣膜、人造关节等高压钠灯是发光效率很高的一种电光源，光色金白，在它的灯光下看物清晰，不刺眼。平均寿命长达1万小时～2万小时，比高压汞灯寿命长2倍，高过白炽灯的寿命10倍，是目前寿命最长的灯。早在30年代初，人们就已经知道利用钠蒸气放电可获得一种高效率的光源，但一直到1960年，高压钠灯才呱呱坠地，后经不断发展改进，才得以实际应用。为什么从知道钠蒸气放电到高压钠灯的使

3、用经过了二十几个年头呢?钠蒸气放电会产生超过1000℃的高温；钠蒸气有强烈的腐蚀作用，所以普通玻璃灯管承受不了钠蒸气放电产生的高温，此时普通玻璃要软化。但氧化铝材料陶瓷能承受高温，又耐腐蚀，透明氧化铝陶瓷的熔点高达2050℃，能在1600℃的环境里不受钠蒸气腐蚀，因此用氧化铝陶瓷。思考材料的热学性能主要包括材料的热容、热膨胀、热传导、热电势和热稳定性等。同学们知道一些应用热学性能的实例吗？热学性能热学性能被子声子什么是声子？非金属材料自由电子很少离子晶体（离子构成）共价晶体（原子构成）这些质点可以在平衡位置上振动，形成格

4、波，格波可以在整个材料中传播。声子电磁波光子晶格原子热振动波声子声子固体的热容是原子振动在宏观性质上的一个最直接的表现热容：物体温度升高1K所需要增加的热量。（J/K）热容恒压热容：加热条件在恒压下进行恒容热容：加热条件在恒容下进行热容实际材料中：高温时：CV为常量3R(杜隆—珀替定律)。低温时：CV的实验值并不是一个恒量.与T3成比例，渐趋于零。T/KCv0常数热容铝挤塞铜制作工艺，将铜材导热速度快和铝材单位质量热容更高的优点结合。你知道生活中材料热容的应用吗？热容热膨胀：物体体积或长度随温度升高而增大的现象αl——线

5、膨胀系数材料：热膨胀αV——体膨胀系数各向异性的材料：各晶轴方向的线膨胀系数不同，假如分别为αa、αb、αc，则有各项同性的材料：热膨胀热膨胀原子势能—原子间距关系由于原子间作用力是非简谐的，使得原子势能呈非对称。热膨胀r0是能量的最低处，T↑,质点振动幅度↑质点振动能量↑质点离开平衡位置r0出现两个偏离间距，最终离开平衡位置的平均距离增加。因此：T↑，质点距离↑体积↑热膨胀如何省力地开启玻璃罐头？热膨胀砂锅热传导△t时间内通过△S截面上的热量为△Q傅里叶定律：热流q的物理意义：指单位温度梯度下，单位时间内通过单位垂直面

6、积的热量，单位为J/(m2·S·k)或W/(m·K)。λ——导热系数热传导当存在温度差是，高温端，质点动能增加，和邻近温度低的质点碰撞程度增加，热量开始传递给温度低的质点，依次结果，热量就从高温端传到低温端。低温高温气体材料导热——分子间直接碰撞（导热性差），金属材料导热——主要是自由电子间碰撞，无机非金属材料导热——晶格振动（格波），热辐射——光子（电磁波）固体材料中热量是由自由电子、质点振动、热辐射所传递的热传导机制相应的分为三种(二)声子热导(三)光子热导(一)电子热导无机非金属材料，自由电子很少。主要通过质点振动

7、形成格波，格波在材料中传播，来导热。热传导声子：质点热振动能量是量子化的，声频波的间隔能级hv,hv是这种量子化弹性波的最小单位，称为量子或声子。声子能量:hv值大小声子数：忽略零点能1/2hv，热传导温度平衡时：同样多的振动模式同样多的振动振幅同样多的声子数T1低:较少的振动模式较小的振动振幅较少的声子被激发较少的声子数T高:较多的振动模式较大的振动振幅较多的声子被激发较多的声子数低温高温声子浓度梯度（扩散）热阻：声子扩散过程中的各种散射。从晶格格波的声子理论可知：热传导过程是声子从高浓度区域到低浓度区的扩散过程。如果

8、声子不发生碰撞，声子的扩散速度就是热量的传播速度。但事实上，声子在扩散过程中肯定要发生碰撞。从而产生热阻。热传导热传导多孔耐火砖：热膨胀系数小；热导率低。第二章无机非金属材料的性能第二节力学性能孩子吃饭用瓷碗吗？不用！用不锈钢碗或塑料碗！瓷本身易碎！硬度大、耐磨损高压钠灯氧化铝陶瓷制品熔点高透明、耐高压星式氧化铝陶瓷