材料性能學(xué)全部復(fù)習(xí)資料

1、第四章 材料的熱學(xué)性質(zhì) 導(dǎo)言 由于材料及其制品都是在一定的溫度下使用的，在使用過程中，將對不同的溫度作出反映，表現(xiàn)出不同的熱物理性能 ------ 材料的熱學(xué)性能。 本章介紹的主要內(nèi)容： ? 材料熱學(xué)性能的基本物理基礎(chǔ)； ? 材料的熱容； ? 材料的熱膨脹； ? 材料的熱傳導(dǎo)； ? 無機(jī)材料的熱穩(wěn)定性 本章的重點(diǎn)及難點(diǎn) 重點(diǎn)：掌握材料的熱容、熱膨脹、熱傳導(dǎo)、熱穩(wěn)定性的基本概念。 難點(diǎn)：深入理解各項(xiàng)基本概念的物理本質(zhì)、計(jì)算無機(jī)

2、材料的第一、二、三熱應(yīng)力抵抗因子。 第一節(jié) 材料熱性能研究的意義 1 材料熱性能在空間科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用 現(xiàn)代空間科學(xué)技術(shù)往往要求材料在變溫條件，甚至在極端溫度條件下工作。如空間飛行器從發(fā)射、入軌以后的軌道飛行直到再返回地球的過程中，要經(jīng)受氣動(dòng)加熱的各個(gè)階段，都會遇到超高溫和極低溫的問題，必須要有 “ 有效的隔熱與防熱措施 ” ，這有賴于對其熱過程進(jìn)行熱分析和熱設(shè)計(jì)，導(dǎo)熱系數(shù) (λ) 、比熱 ( Cv 或 Cp ) 、導(dǎo)溫系數(shù)

3、( 即熱擴(kuò)散 ) (a) 、熱發(fā)射率 (ε) 、熱膨脹系數(shù) ( α ) 和粘度 ( η ) 等則是熱計(jì)算和熱設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)，也是研制、評價(jià)和優(yōu)選所用隔熱和防熱材料的主要技術(shù)依據(jù)。 如空間飛行時(shí)，飛行器的頭部是承受最高溫度和最大熱流的部位，其表面溫度最高可達(dá) 5000 ℃ ，解決此 “ 熱障 ” 的方法有：輻射防熱、燒蝕 ( 發(fā)汗 ) 防熱、吸收 ( 熱沉 ) 防熱溫控涂層。這很大程度上決定于防熱系統(tǒng)材料的熱性能。 輻射防熱：利用材料表面

4、的熱輻射性能的特殊防熱方式，要求材料表面熱發(fā)射率高，關(guān)鍵參數(shù)是材料表面的熱發(fā)射率。 第二節(jié) 熱學(xué)性能的物理基礎(chǔ) 1 、 物理本質(zhì) ：固體材料的各種熱學(xué)性能均與構(gòu)成材料的質(zhì)點(diǎn)（原子、離子）熱振動(dòng)有關(guān)。 2 、 晶格熱振動(dòng) ：點(diǎn)陣中的質(zhì)點(diǎn)（原子、離子）總是圍繞其平衡位置作微小振動(dòng)。 3 、晶格熱振動(dòng)是三維的，即可以將其分解為 3 個(gè)方向的熱振動(dòng)。 設(shè)每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量為 m ，在任一瞬間該質(zhì)點(diǎn)在 x 方向的位移為 x n ，其相鄰質(zhì)點(diǎn)

5、的位移為 x n-1 、 x n+1 。根據(jù)牛頓第二定律，該質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程為 上述方程為簡諧振動(dòng)方程，其振動(dòng)頻率隨 E m 的增大而提高。 對于每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，熱振動(dòng)時(shí)都有一定的頻率。材料內(nèi)有 N 個(gè)質(zhì)點(diǎn)，就有 N 個(gè)頻率的振動(dòng)組合在一起。溫度高時(shí)，動(dòng)能大，所以振幅和頻率均加大。 各質(zhì)點(diǎn)熱運(yùn)動(dòng)時(shí)動(dòng)能的總和，為該物體的熱量。 4 、由于材料質(zhì)點(diǎn)間有著很強(qiáng)的相互作用，因此一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)會影響鄰近點(diǎn)的振動(dòng)，使相鄰質(zhì)點(diǎn)間有著一定的位相差，并形成彈

6、性波的形式（又稱格波）在整個(gè)材料內(nèi)傳播。彈性波是多頻率振動(dòng)的組合波。 5 、 聲頻支振動(dòng) ：振動(dòng)著的質(zhì)點(diǎn)中包含頻率低的格波，質(zhì)點(diǎn)彼此之間的位相差不大?？梢钥闯上噜徳泳哂邢嗤恼駝?dòng)方向。 光頻支振動(dòng) ：格波中頻率高的振動(dòng)波，質(zhì)點(diǎn)間的位相差很大，鄰近質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)幾乎相反，頻率往往在紅外區(qū)?？梢钥闯上噜徳泳哂邢喾吹恼駝?dòng)方向。 作業(yè)：試舉說明材料熱性能在國民經(jīng)濟(jì)及社會生活中的應(yīng)用情況。 第三節(jié) 第三節(jié) 熱容 熱容 1 熱容定義 熱容定