材料性能學全部復習資料

1、第四章 材料的熱學性質(zhì) 導言 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 ------ 材料的熱學性能。 本章介紹的主要內(nèi)容： ? 材料熱學性能的基本物理基礎； ? 材料的熱容； ? 材料的熱膨脹； ? 材料的熱傳導； ? 無機材料的熱穩(wěn)定性 本章的重點及難點 重點：掌握材料的熱容、熱膨脹、熱傳導、熱穩(wěn)定性的基本概念。 難點：深入理解各項基本概念的物理本質(zhì)、計算無機

2、材料的第一、二、三熱應力抵抗因子。 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技術中的應用 現(xiàn)代空間科學技術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)受氣動加熱的各個階段，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行熱分析和熱設計，導熱系數(shù) (λ) 、比熱 ( Cv 或 Cp ) 、導溫系數(shù)

3、( 即熱擴散 ) (a) 、熱發(fā)射率 (ε) 、熱膨脹系數(shù) ( α ) 和粘度 ( η ) 等則是熱計算和熱設計的關鍵參數(shù)，也是研制、評價和優(yōu)選所用隔熱和防熱材料的主要技術依據(jù)。 如空間飛行時，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 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，關鍵參數(shù)是材料表面的熱發(fā)射率。 第二節(jié) 熱學性能的物理基礎 1 、 物理本質(zhì) ：固體材料的各種熱學性能均與構成材料的質(zhì)點（原子、離子）熱振動有關。 2 、 晶格熱振動 ：點陣中的質(zhì)點（原子、離子）總是圍繞其平衡位置作微小振動。 3 、晶格熱振動是三維的，即可以將其分解為 3 個方向的熱振動。 設每個質(zhì)點的質(zhì)量為 m ，在任一瞬間該質(zhì)點在 x 方向的位移為 x n ，其相鄰質(zhì)點

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

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