第四章第四讲材料科学与工程基础顾宜.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,精选课件ppt,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,二级,三级,四级,五级,精选课件ppt,*,42 材料的热性能,Thermal Performance of Materials,Thermal-physical properties,thermal conductivity,heat capacity,thermal expension,heat resistance,Thermal-chemical properties,thermal Stability,flame retardancy,1,精选课件ppt,42 材料的热性能(thermal performance),热导率,热物理性能：比热容,热膨胀,耐热性,热化学性能：热稳定性,燃烧特性,421 材料的热学性质(thermal property),1.热传递,三种方式：,热传导、热辐射、热对流,2,精选课件ppt,热传导,基本的传递方式,A,自由电子,（金属）,B,晶格振动,，离子和共价晶体（陶瓷）,C,分子传导,（高分子、小分子气体、液体）,热流量,q,(,d,T/,d,X),两平面,稳态,热流量（与时间无关）,q=,A t(T,1,-T,2,)/d,式中 A 为平板面积,为热导率,t 热传导的时间,非稳态,：/C,P,式中,为热扩散系数，,m,2,.s,-1,；,C,P,为比热容；,为密度,3,精选课件ppt,2.热导率,(thermal conductivity),定义：,单位温度梯度,下，,单位时间,内通过,单位垂直,面积,上的,热量,=-q/(,d,T/,d,X),J.s,-1,.m,-1,.K,-1,或 W.m,-1,.K,-1,金属,高 自由电子,无机非金属,：,中 晶格热振动,高分子,很小，0.1-0.4之间,银最高 427,合金 40金刚石 30,玻璃,1,合金、孔隙,结晶、温度,4,精选课件ppt,表4-2-1 某些材料的热导率和比热容,材料,热导率,W/（mk）,比热容J(kgk),材料,热导率,W/（mk）,比热容J(kgk),铝,247,900,硅,150,铜,398,389,氧化铝,30.1,775,金,315,130,氧化镁,37.7,940,铁,80.4,448,尖晶石,15.0,790,镍,90,443,钠钙玻璃,1.7,840,银,428,235,聚乙烯,0.38,2100,钨,178,142,聚丙烯,0.12,1880,1025钢,51.9,486,聚苯乙烯,0.13,1360,316不锈钢,16.3,502,聚四氟乙烯,0.25,1050,黄铜,120,375,酚醛树脂（电木）,0.15,1650,尼龙-66,0.24,1670,5,精选课件ppt,4-,28 有一块面积为0.25m,2,、厚度为10mm的钢板热导率为,51.9 W/(m*K)，两表面的温度分别为300和100，,试计算该钢板每小时损失的热量？,Q=A（T,1,-T,2,）/d=51.9*0.25*（300-100）/0.01,=259.5 KW,Q=259.5*3600=934.2 MJ,6,精选课件ppt,3、比热容（C,P,）或C,V,Specific heat,材料对热量的吸收能力,热容（heat capacity),，,将一摩尔材料的温度升高一度所需的能量（没有相变或化学反应）。单位为 J/molK。,体积恒定,，所吸收的热量等于,内能,的增量,等容热容,内能对温度的曲线上的斜率,恒压,，所吸收的热量等于,焓,的增量：,等压热容：,焓对温度的曲线上的斜率,固体多用C,P,，Jmol,-1,K,-1,。C,p,C,v,。,绝对零度时,C,P,=C,V,=0 RT,相近,7,精选课件ppt,固体热容理论,原子的振动-晶格的振动,经典,理论 谐振子,量子,理论 随机振动,德拜模型,晶体中原子的相互作用，弹性波的振动（声波）,C,v,3R f,D,(,D,/T),D,:德拜温度,，材料参数（简单晶体）,德拜比热函数,8,精选课件ppt,9,精选课件ppt,比热（容）,=热容/原子量，JKg,-1,K,-1,定义：1Kg质量的固体（或液体）升高（或降低）1,C时，所增加（或减少）的（振动能量）热量,比热容与材料的组成和结构,金属,C,P,1 K,JKg,-1,K,-1,，热容小，容易加热、容易冷却,自由电子的贡献很小。,无机非金属，同上，,更符合德拜模型,高分子,C,P,1.0 3.0,K,JKg,-1,K,-1，,热容大,不同的,运动单元,原子、基团、链段,分子链,柔顺性,温度的升高是由于分子间内 摩擦引起,的，柔性链，运动单元小内摩擦小,T上,升慢，热容量大，,高弹态玻璃态,10,精选课件ppt,比热容 与温度,T,D,C,v,3R,T,D,C,v,12R,4,(T/,D,),3,/5,11,精选课件ppt,比热容 与相变,DSC,示差扫描量热仪,DTA,差热分析,Tg,Cp发生突变,一级相变 二级相变,12,精选课件ppt,4-2-2 热膨胀性（Thermal Expension),1、,热膨胀,材料的,体积或长度随温度升高而增大,的现象,原因：原子或分子的热运动,晶体,：原子在晶格内,平衡位置,附近振动，,T ，振幅 ，原子平均间距,非晶体,：原子的振动和转变。,高分子沿主链振动；,链节、链段，转动；,自由体积运动的空间,13,精选课件ppt,14,精选课件ppt,2、,热膨胀类型,(coefficient of thermal expansion),CTE,线膨胀,l,=(1/,l,)d,l,/dT,体膨胀,V,=(1/V,)d,V,/dT,影响因素,温度,T升高，,增大,结构,键能大，,减小,无机材料,小，10,-5,10,-6,金属,中，1310,-5,高分子,大，2.52510,-5,取向,交联度,减小,晶格类型、结晶度,柔顺性 刚性 ，,柔性 ，,15,精选课件ppt,表4-2-2 各种材料的线膨胀系数,材料名称,线膨胀系数10,5,K,-1,材料名称,线膨胀系数10,5,K,-1,玻璃,0.11.0,聚苯乙烯,7,陶瓷,0.45,聚甲基丙烯酸甲酯,89,石英玻璃,0.1,尼龙,10,硬质玻璃,0.3,聚乙烯,17,光学玻璃,0.8,聚氯乙烯,19,钢,1.2,纤维素的酯及醚类,617,黄铜,1.9石墨,0.79,铝,2.4,金刚石,0.12,环氧树脂,67,氯化橡胶,1213,酚醛树脂（填充木粉）,3,氯丁橡胶,20.0,脲醛树脂,2.53,丁腈橡胶,19.6,聚酯树脂,810,丁基橡胶,19.4,木材（顺纤维方向）,0.20.6,丁苯橡胶,21.6,木材（横纤维方向）,3.256.2,聚乙烯醇,712,碳化天然橡胶,8,聚乙烯醇缩醛,822,16,精选课件ppt,4-2-3耐热性（Heat Resistance),1、概念：,耐热性,指在受负荷下，材料失去其物理机械性能而发生,永久变形,的温度。,材料的使用上限温度,高分子材料,常温及中温条件下使用，0.27的聚合物是有自熄性,self-extinguish,(1)仅由,C、H、O,元素组成，临界氧指数为0.160.18,(2)含,卤族,元素（F、Cl、Br、I），临界氧指数大于0.40,(3)含,磷、氮,等元素，临界氧指数高,25,精选课件ppt,表4-16 聚合物的燃烧速度，mm/min,聚合物,燃烧速度,聚合物,燃烧速度,聚乙烯,7.530.5,硝酸纤维素,迅速燃烧,聚丙烯,17.340.6,醋酸纤维素,12.730.3,聚丁烯,27.9,氯化聚乙烯,自熄,聚苯乙烯,12.763.5,PVC,自熄,苯乙烯-丙烯腈共聚物,10.240.6,聚偏二氯乙烯,自熄,ABS,25.450.2,尼龙,自熄,PMMA,15.040.6,脲醛树脂,自熄,PC,自熄,聚四氟乙烯,不燃,聚砜,自熄,26,精选课件ppt,表4-17 高分子材料的燃烧发热值，KJ/g,名称,燃烧发热值,名称,燃烧发热值,软质PVC,46.6,PVC,1323,硬质PVC,45.8,赛璐咯,17.3,聚丙烯,43.9,酚醛树脂,13.4,聚苯乙烯,40.1,聚四氟乙烯,4.2,ABS,35.2,玻璃纤维增强塑料,18.8,聚酰胺,30.8,氯丁橡胶,23.432.6,聚碳酸酯,30.5,煤,23.0,PMMA,26.2,木材,14.6,27,精选课件ppt,表4-18,几种聚合物的氧指数,聚合物,氧指数,聚合物,氧指数,聚乙烯,17.417.5,聚乙烯醇,22.5,聚丙烯,17.4,聚苯乙烯,18.1,氯化聚乙烯,21.1,PMMA,17.3,PVC,1549,聚碳酸酯,2622,聚四氟乙烯,79.5,环氧树脂,19.3,聚酰胺,26.7,氯丁橡胶,26.3,软质PVC,2340,硅橡胶,2639,28,精选课件ppt,4、高分子材料的阻燃 flame retardancy,结构和组成,提高热稳定性,引入卤族、磷、氮,等元素,阻燃剂和无机填料,吸收热量,降低温度,隔离氧,29,精选课件ppt,此课件下载可自行编辑修改，供参考！,感谢您的支持，我们努力做得更好！,30,精选课件ppt,