无机材料物理性能第3讲课件.ppt

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1、无机材料的晶格热振动材料的各种热性能的物理本质，均与晶格热震动有关。晶体点阵中的质点（原子、离子）总是围着衡位置作微小震动，称为晶格热震动。内部各质点热运动动能之和，称为物体的热量。无机材料的热容热容定义热容是使材料温度升高1k所需的能量，它反映材料从周围环境中吸收热量的能力，不同温度下，热容不同热容的分类比热容平均热容（注意适用温度范围）摩尔热容恒压热容恒容热容无机材料的热容一般有Cp>Cv，Cp测定简单，Cv更有理论意义。无机材料的热容晶态固体热容的经验定律元素热容定律--杜隆-珀替定律化合物定律--柯普定律但轻元素原子热

2、容需改用以下值HBCOFSiPSCl9.611.37.516.720.915.922.522.520.4成功之处：高温下与试验结果基本符合杜隆-珀替定律杜隆-珀替定律局限性：不能说明高温下，不同温度下热容的微小差别不能说明低温下，热容随温度的降低而减小，在接近绝对零度时，热容按T的三次方趋近与零的试验结果德拜模型当温度较高时，T>>θD，Cv=3Nk=25J/mol.K当温度很低时，T<<θD，有：即：CP与T对的立方成比例，与实验结果相吻合热容的量子理论无机材料的热容规律不同材料θD不同，θD取决于材料的键强度，弹性模量和熔

3、点。德拜温度约为熔点的0.2—0.5倍。无机材料有大致相同的比热曲线。无机材料的热容规律不同温度下某些陶瓷材料的热容无机材料的热容规律多相复合材料的热容约等于构成该复合材料的物质的热容之和C=giCi式中，gi：材料中第i种组成的重量百分数，ci：材料中第i种组成的比热容。相变时，由于热量不连续变化，热容出现突变。其中：一级相变——Cp在相变温度突变；二级相变——Cp在相变温度附近剧烈变化无机材料的热容规律根据热容选材：材料升高一度，需吸收的热量不同。吸收热量小，热损耗小，同一组成，质量不同热容也不同，质量轻，热容小。对于隔热

4、材料，需使用轻质隔热砖，便于炉体迅速升温，同时降低热量损耗。无机材料的热膨胀热膨胀系数线膨胀系数：体膨胀系数：线膨胀系数与体膨胀系数的关系:无机材料的热膨胀某些无机材料热膨胀系数与温度的关系前面我们用原子的间谐振动解释了固体的比热问题，但晶体的另一些热学性能如热膨胀、热传导则不能用间谐振动来解释，必须考虑非间谐振动。固体材料的热膨胀机理固体材料的热膨胀机理rr0时。斜率较小，引力随位移的增大要慢些产生线膨胀的原因不是简谐振动，而是因为原子间的受力是不均衡

5、的。质点在平衡位置两侧，受力不对称：热膨胀性能与其它性能的关系a)热膨胀和结合能、熔点的关系：结合能高，α也高b)热膨胀与T、热容的关系：温度高，αl大，热容有相似的规律c)热膨胀与结构的关系d)压力和应力对热膨胀的影响膨胀系数和键强的关系qq2（常数）NaCl1/640×10-61.10×10-6CaF22/819×10-61.19×10-6MgO2/610×10-61.11×10-6ZrO24/84.5×10-61.12×10-6热膨胀性能与其它性能的关系a)热膨胀和结合能、熔点的关系：结合能高，α小。b)热膨胀与T、

6、热容的关系：温度高，αl大，热容有相似的规律c)热膨胀与结构的关系d)相变对热膨胀的影响无机材料的平均热膨胀系数1.1-2.0堇青石瓷4.2ZrO29.0窗玻璃5.3莫来石0.5熔融石英玻璃7.6尖晶石5.5粘土耐火材料10.0ZrO2（稳定化）12SiO213.5MgO7.4TiC9.0BeO4.7SiC～3.1金刚石线膨胀系数1/oC×106(0－1000)oC材料线膨胀系数1/oC×106(0－1000)oC材料纯金属的平均线膨胀系数×10-6（0—1000C）金属线膨胀系数金属线膨胀系数Li58Si6.95Be10.9

7、7Ca17.0B8.0Zn38.7Na71.0Zr5.83Mg27.3K84Al23.8Ti7.14热膨胀与结合能、熔点的关结合力强，势能曲线深而狭窄，升高同样的温度，质点振幅增加的较少，热膨胀系数小。单质材料ro(10-10m)结合能×103J/mol熔点(oC)l(×10-6)金刚石1.54712.335002.5硅2.35364.514153.5锡5.3301.72325.3热膨胀与温度、热容的关系晶格振动加剧引起体积膨胀(l)吸收能量升高单位温度l、Cv与温度有相似的规律=CvT/oCl比热容热膨胀与结构的

8、关结构紧密的固体，膨胀系数大，反之，膨胀系数小对于氧离子紧密堆积结构的氧化物，相互热振动导致膨胀系数较大，约在6～8×10-6/0C，升高到德拜特征温度时，增加到10～15×10-6/0C。如：MgO、BeO、Al2O3、MgAl2O4、BeAl2O4都具有相当大的膨胀系数