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材料热学性能材料热学性能 第一章第一章 材料的热学性能材料的热学性能 热学性能：热容、热膨胀、热传导热学性能：热容、热膨胀、热传导 这这些些都都与与材材料料中中原原子子的的热热振振动动有有关关，，即即直直接接决决定定于晶格振动于晶格振动研研究究热热容容和和焓焓的的目目的的：：材材料料在在相相变变时时有有热热的的释释放放或或者者吸收可以依据焓、热容的变化特征，来：吸收可以依据焓、热容的变化特征，来： （（1）判定相变类型；）判定相变类型； （（2）确定相变临界点；）确定相变临界点； （（3）研究相的析出和固溶过程；）研究相的析出和固溶过程； （（4）冷加工后的回复和再结晶过程）冷加工后的回复和再结晶过程 第一节第一节 焓和热容焓和热容一、基本知识一、基本知识 在在等等压压时时，，物物体体吸吸收收或或者者放放出出的的热热量量在在数数值值上上等等于焓的变化：于焓的变化： 定定义义：：在在等等压压时时，，1克克物物体体从从0K到到T时时所所需需热热量量Q为该物体的焓。

为该物体的焓 Q=CmT C是是0K到到TK区间的平均比例数区间的平均比例数 将将m克克物物体体升升高高1K所所需需热热量量定定义义为为热热容容C,单单位位质质量为量为c，，单位为：单位为：J/K.二、物理意义二、物理意义： 热热容容量量反反映映了了材材料料中中原原子子热热振振动动能能量量状状态态改改变变时时需需要要的的热热量量加加热热时时，，材材料料吸吸收收的的热热能能主主要要为为点点阵阵吸吸收收，，增增加加了了材材料料离离子子的的振振动动能能量量其其次次为为自自由由电电子子吸吸收收，，增增加加了了电电子子的的动动能能所所以以，，热热振振动动为为主主要要贡献自由电子运动为次要贡献自由电子运动为次要贡献定容和定压时的不同：定容和定压时的不同： 定容时，吸收的热量增加其内能，提高了温度；定容时，吸收的热量增加其内能，提高了温度； 定定压压时时：：吸吸收收的的热热量量大大部部分分增增加加内内能能，，小小部部分分做做对外膨胀功对外膨胀功 据此：据此： 由由于于在在定定压压时时材材料料需需要要对对外外做做膨膨胀胀功功，，其其温温度度升升高高1K需吸收更多热量，故需吸收更多热量，故Cp>Cv。

据定压与定容摩尔热容间的关系：据定压与定容摩尔热容间的关系： ：体膨胀系数：体膨胀系数 ；； K：：压缩系数压缩系数 ；；Vm：：摩尔体积摩尔体积 研研究究方方法法：：定定容容过过程程材材料料无无膨膨胀胀，，则则易易于于讨讨论论，，但测量很难故用定压热容来换算定容热容但测量很难故用定压热容来换算定容热容 材材料料无无相相变变时时的的热热容容随随温温度度变变化化：：如如图图3-1，，3-2 溶溶解解特特征征温温度度：：材材料料在在高高于于此此温温度度时时，，摩摩尔尔热热容容接接近近于于一个常数一个常数25J/mol k图中：图中： 第一阶段：热容变化是由自由电子运动贡献第一阶段：热容变化是由自由电子运动贡献 第二、三阶段：热容变化是由晶格振动贡献；第二、三阶段：热容变化是由晶格振动贡献； 有有相相变变时时，，其其内内部部结结构构状状态态需需要要吸吸收收或或者者放放出出一一部部分分热热量量，，使使焓焓和和热热容容有有突突变变。

据据此此可可以以作作为为研研究究相相变变的依据 第二节第二节 材料的热容理论材料的热容理论一、杜隆一、杜隆—柏替定律柏替定律 假假设设：：固固体体中中的的原原子子是是彼彼此此孤孤立立地地做做热热运运动动，，且且原原子子振振动动的的能能量量是是连连续续的的认认为为与与气气体体分分子子的的热热运运动动相相类类似 1摩尔气体的总能量为：摩尔气体的总能量为： R：：气体常数；气体常数； NA：：阿伏加得罗常数；阿伏加得罗常数； K：：波尔兹曼常数波尔兹曼常数 气体定容摩尔热容：气体定容摩尔热容： . 固固体体材材料料的的热热运运动动既既具具有有动动能能，，又又有有位位能能。

摩摩尔尔材材料料的总内能：的总内能： 材料的定容摩尔热容为：材料的定容摩尔热容为： 结结论论：：所所有有材材料料的的摩摩尔尔热热容容是是一一个个与与温温度度无无关关的的常常数数，，其其值接近值接近于于3R不不足足：：在在高高温温时时与与实实验验相相符符合合，，在在低低温温时时与与实实验验不不符符合合问题在于把原子振动的能量认为是连续的问题在于把原子振动的能量认为是连续的二、爱因斯坦量子热容理论二、爱因斯坦量子热容理论 晶晶格格中中每每个个原原子子都都在在其其格格点点做做振振动动，，各各个个原原子子的的振振动动是是独独立立而而互互不不依依赖赖的的；；每每个个原原子子都都具具有有相相同同的的周周围围环环境境，，因因而而其其振振动动频频率率是是相相同同的的；；原原子子振振动动的的能能量量是是不不连连续续量量子子化化的的即即把把原原子子的的振振动动当作谐振子的振动当作谐振子的振动 为爱因斯坦特征温度。

为爱因斯坦特征温度 讨论：（讨论：（1）、高温时）、高温时，，T>> ，， 则则 ，， ,CV=3R. 说明：在高温时与杜隆说明：在高温时与杜隆—柏替定律相一致柏替定律相一致 （（2））、、低低温温时时，，T<< ，，则则 ，，将将上上式式中中1忽忽略略，，得：得： 问问题题：：这这不不符符合合实实验验的的 的的关关系系，，这这是是因因为为忽忽略略了了振振子振动频率的差别子振动频率的差别 （（1）、高温）、高温 时，则时，则代入后：代入后：CV=3R 与前面两个理论一致；与前面两个理论一致； （（2）、低温时）、低温时, 即即 CV与与T3成成正比。

正比反映了材料温度升高所吸收的热量主要用来加强晶格的振动；反映了材料温度升高所吸收的热量主要用来加强晶格的振动； （（3）、当）、当T=0时，时，CV=0. 在在接接近近于于0K的的范范围围内内，，该该理理论论与与实实验验规规律律存存在在着着偏偏差差，，是是由由于未考虑自由电子的动能于未考虑自由电子的动能三、德拜三、德拜(Debye)量子热容理论量子热容理论 晶体中各个原子间存在着弹性的斥力和引力这种力使原晶体中各个原子间存在着弹性的斥力和引力这种力使原子的振动相互受着牵连而达到相邻原子间协调地振动子的振动相互受着牵连而达到相邻原子间协调地振动 第三节第三节 合金的热容合金的热容一、合金相的热容一、合金相的热容 x1,x2化合物中各个组元的摩尔分数化合物中各个组元的摩尔分数 C1m,C2m各个组元的摩尔热容各个组元的摩尔热容 该定律不适合于低温条件及铁磁性合金该定律不适合于低温条件及铁磁性合金二、合金相形成热二、合金相形成热 形形成成热热的的大大小小：：稳稳定定化化合合物物 不不稳稳定定化化合合物物 中间相中间相 固溶体。

具体数值见表固溶体具体数值见表3-5P73 第四节第四节 相变对焓和热容的影响相变对焓和热容的影响一、一级相变一、一级相变 一一级级相相变变时时熵熵与与体体积积呈呈现现不不连连续续变变化化，，即即相相变变进进行行时时有有相相变变潜潜热热和和体体积积突突变变如如图图3-7，，P75在在固固—液液转转变变时时，，使使焓焓突突然增大，即为材料熔化时所吸收的熔化潜热然增大，即为材料熔化时所吸收的熔化潜热 图图中中虚虚线线为为自自液液态态快快速速冷冷却却时时获获得得非非晶晶态态材材料料时时的的变变化化曲曲线线，，此时无潜热释放此时无潜热释放二、纯铁的热容曲线二、纯铁的热容曲线 如图如图3-9，，P76 实线为实验测定曲线，虚线为若无实线为实验测定曲线，虚线为若无A3,A4点相变时的曲线点相变时的曲线 第五节第五节 热容和热效应的测量热容和热效应的测量一、撒克司一、撒克司(sykes)法法 测比热容测比热容 如图如图3-10，， P77。

P为电功率为电功率,P=IV；； 为试样升温速度为试样升温速度 关键点：必须保持关键点：必须保持Tb-Ts的动态为零的动态为零二、示差热分析法二、示差热分析法 如图3-15、3-16、3-17 P81 当试样与标样温度相同时，两对热电偶中无电流通过；当试样与标样温度相同时，两对热电偶中无电流通过； 当试样与标样温度不同时，有热电势出现，有电流流过可以当试样与标样温度不同时，有热电势出现，有电流流过可以测得两条曲线：测得两条曲线： 温差温差—时间曲线；时间曲线； 温度温度—时间曲线时间曲线 第六节第六节 热学性能分析的应用热学性能分析的应用一、测定钢的临界点一、测定钢的临界点 图图3-18，，P82为为对对共共析析钢钢测测定定的的例例子子图图中中abc峰峰为为珠珠光光体体向向A氏氏体体转转变变的的吸吸热热造造成成同同理理，，在在冷冷却却时时有有一一个负峰个负峰a1,b1,c1。

二、测定钢的转变曲线（自学）二、测定钢的转变曲线（自学） 图图3-20，，P83：： 1为试样；为试样； 2为标样；为标样； 3为热电偶丝；为热电偶丝； 4为热电偶丝；为热电偶丝； 5为耐热管为耐热管 冷却时以冷却介质使冷却速度变化冷却时以冷却介质使冷却速度变化三、测定钢的回火三、测定钢的回火 如如图图3-26，，P85曲线曲线a中有三个放热反应：中有三个放热反应： （（1）、淬火）、淬火M氏体向回氏体向回火火M体转变析出体转变析出ε 碳化碳化物；物； （（2）、残余）、残余A氏体转变，氏体转变，析出析出 ε 碳化物；碳化物； （（3）、回火）、回火M体向回火体向回火屈氏体转变，屈氏体转变， ε 碳化物为碳化物为Fe3C曲线曲线b：：先经过先经过250 回回火后再加热得到此曲线火后再加热得到此曲线与与a相比，第一阶段已经没相比，第一阶段已经没有，只有第二、三阶段有，只有第二、三阶段 第二章第二章 材料的热膨胀材料的热膨胀 第一节第一节 材料的热膨胀系数材料的热膨胀系数线膨胀系数定义：温度每升高线膨胀系数定义：温度每升高1度的相对伸长量。

度的相对伸长量 体膨胀系数：体膨胀系数： 在各向同性时，在各向同性时， 在在0~1000C范范围围内内，，各各种种金金属属的的线线膨膨胀胀系系数数如如表表5-1所示 第二节第二节 热膨胀的物理本质热膨胀的物理本质 热膨胀和原子的热振动有关热膨胀和原子的热振动有关 根据波恩根据波恩(Born)的双原子模型的双原子模型: 得到原子位能与间距的关系曲线，如图得到原子位能与间距的关系曲线，如图5-3实线所示实线所示随着温度升高，原子能量增大，原子将偏离随着温度升高，原子能量增大，原子将偏离r0的位的位置而发生振动当温度为置而发生振动当温度为T1时，振动原子总能量为时，振动原子总能量为E1，，振振动位置从动位置从a到到b，，位能沿位能沿ab变化当当r=r0时，位能最小，动能最大时，位能最小，动能最大当当r=a或或r=b时，位能最大，动能为零时，位能最大，动能为零a,b是振动的极是振动的极限位置。

限位置a,b不对称于不对称于r0. a,b的几何中心的几何中心r1在的在的r0右侧位右侧位置，即原子间距增大了同理，在置，即原子间距增大了同理，在T2时，平均原子间距为时，平均原子间距为r2温度越高，原子间距位移越大在宏观上体现出体积温度越高，原子间距位移越大在宏观上体现出体积或者长度的变化或者长度的变化 第三节第三节 膨胀系数与其他物理量的关系膨胀系数与其他物理量的关系 热热膨膨胀胀是是原原子子热热振振动动加加剧剧引引起起的的振振幅幅加加大大和和振振动动能能量量增增大的结果大的结果一、与热容的关系一、与热容的关系 格留耐申式：格留耐申式： ：：体体膨膨胀胀系系数数；； Cv,m ：：定定容容摩摩尔尔热热容容；； K ：：体积模量；体积模量； Vm：：摩尔体积摩尔体积 格留耐申常数格留耐申常数, =1.5~2.5. 以以铝铝为为例例，，如如图图5-4，，P97，，热热膨膨胀胀曲曲线线与与热热容容曲曲线线不不同同之之处处在在于于：：热热膨膨胀胀曲曲线线在在 时时，， 仍仍在在增增大，这是由于空位等热缺陷的增加对大，这是由于空位等热缺陷的增加对 有较大影响有较大影响注注意意：：在在格格留留耐耐申申式式中中，，摩摩尔尔体体积积Vm越越小小，， 越越大大，， -Fe比比 -Fe膨胀系数大。

膨胀系数大二、与熔点的关系二、与熔点的关系 材料原子结合能越大，熔点越高，原子间距的增加材料原子结合能越大，熔点越高，原子间距的增加越少，即膨胀系数小越少，即膨胀系数小固体材料体膨胀极限方程固体材料体膨胀极限方程： 式中式中VTm,V0为在为在0K和熔点时的固态体积和熔点时的固态体积 ：线膨胀系数；：线膨胀系数； n=1.17; A=如图如图5-5，，P98 是元素熔点与膨胀系数的关系图是元素熔点与膨胀系数的关系图 三、与硬度的关系三、与硬度的关系 如如表表5-2所所示示，，材材料料硬硬度度越越高高，，其其膨膨胀胀系系数数越越小小这这也也和和原原子子结结合合力力有有关关，，原原子子结结合合力力大大，，切切变弹性模量也大塑变抗力增大，致使硬度提高变弹性模量也大塑变抗力增大，致使硬度提高 结结论论：：凡凡是是表表征征原原子子结结合合力力（（结结合合能能））大大小小的的物物理理量量都都与与膨膨胀胀系系数数有有关关，，所所以以可可用用热热膨膨胀胀特特征来推论原子间结合力。

征来推论原子间结合力 第四节第四节 膨胀性能的影响因素膨胀性能的影响因素一、相变影响一、相变影响 前前面面讲讲述述的的T与与 的的关关系系是是指指无无相相变变时时若若有有相相变变时，膨胀系数将有明显变化时，膨胀系数将有明显变化1）、多型性转变）、多型性转变 纯铁加热时的变化曲线：如图纯铁加热时的变化曲线：如图5-8，，P99（（2）、）、磁性转变磁性转变 如图如图5-10 , P100所示磁性转变属于二级相变磁性转变属于二级相变转变是在接近居里点的温度范围内进行的转变是在接近居里点的温度范围内进行的Ni,Co具有正具有正膨胀峰，铁具有负膨胀峰，当温度超过居里点后，膨胀曲膨胀峰，铁具有负膨胀峰，当温度超过居里点后，膨胀曲线恢复正常变化线恢复正常变化 例如铁在加热过程中发生由铁磁性向顺磁性转变时，例如铁在加热过程中发生由铁磁性向顺磁性转变时，自旋磁矩的周向排列逐渐破坏，并引起原子间距的减小自旋磁矩的周向排列逐渐破坏，并引起原子间距的减小缩小程度超过了因温度升高晶格热振动引起的原子间距增缩小程度超过了因温度升高晶格热振动引起的原子间距增大程度，故出现热膨胀反常的现象。

当温度超过居里点以大程度，故出现热膨胀反常的现象当温度超过居里点以上时，只存在热振动对原子间距的影响，热膨胀曲线恢复上时，只存在热振动对原子间距的影响，热膨胀曲线恢复正常 同理，可以解释同理，可以解释Ni,Co的正反常现象，因为的正反常现象，因为Ni,Co在在转变时引起原子间距增大转变时引起原子间距增大二、合金化的影响1、固溶体、固溶体 如如图图5-13，，P101大大多多数数金金属属形形成成单单相相固固溶溶体体时时，，其膨胀系数介于组元的膨胀系数之间其膨胀系数介于组元的膨胀系数之间2、化合物、化合物 因因原原子子相相互互作作用用比比固固溶溶体体原原子子间间的的作作用用要要大大得得多多，，其膨胀系数比固溶体小其膨胀系数比固溶体小3、多相合金、多相合金 取取决决于于相相的的膨膨胀胀性性能能及及组组成成相相的的相相对对含含量量，，其其 近似地符合直线相加规律近似地符合直线相加规律 V1,V2为体积百分数为体积百分数4、铁中的合金含量、铁中的合金含量 如如图图5-14，，不不同同元元素素在在铁铁中中的的膨膨胀胀系系数数的的变变化化，，Mn,Sn的膨胀系数比的膨胀系数比Fe高。

高 铝铝的的热热膨膨胀胀系系数数比比铁铁高高，，但但是是形形成成固固溶溶体体时时，，当当含含量量小小于于15%时时，，膨膨胀胀曲曲线线下下降降；；当当含含量量大大于于15%时时，， -Fe已经呈现非铁磁性，所以膨胀曲线上升已经呈现非铁磁性，所以膨胀曲线上升 第五节第五节 热膨胀的测量热膨胀的测量如图如图5-16，，P105 因因为为试试样样要要加加热热，，必必须须将将试试样样的的长长度度变变化化从从加加热热或或冷却装置中传递出来进行测量冷却装置中传递出来进行测量 选选用用碳碳管管和和石石英英杆杆的的原原因因：：其其膨膨胀胀系系数数很很小小，，温温度度改改变变时时引引起起的的长长度度变变化化很很小小，，且且管管与与杆杆的的长长度度还还可可以以相相互互抵抵消消根根据据此此原原理理，，各各种种测测量量装装置置的的种种类类很很多多只只介介绍绍差差动动变变压压器器式式膨膨胀胀仪仪：：如如图图5-20，，P108 实实际际上上是是将将石石英英杆杆与与一一位位移移传传感感器器相相连连而而得得变变频频加加热热，，喷喷气气冷冷却，计算机处理数据。

却，计算机处理数据  第六节第六节 膨胀法在材料中的应用膨胀法在材料中的应用 一、测量钢的临界点一、测量钢的临界点 二、二、A氏体等温转变曲线氏体等温转变曲线TTT图 三、测三、测CCT图，连续转变图，连续转变 四、淬火钢的回火四、淬火钢的回火 如图如图5-31，，P113 利利用用在在回回火火过过程程中中M体体和和残残余余A氏氏体体的的分分解解时时的的体体积积变变化化，，利利用用慢慢速速加加热热方方法法测测定定膨膨胀胀曲曲线线，，可可以以确确定定这些转变的温度范围这些转变的温度范围 （（1））第第一一阶阶段段：：80~160 ，，M体体析析出出碳碳化化物物，，M体体正方度不断下降，体积收缩；正方度不断下降，体积收缩； （（2））第第二二阶阶段段：：230~280 ，，残残余余A氏氏体体转转变变回回火火M氏体，体积膨胀；氏体，体积膨胀； （（3））第第三三阶阶段段：：260~360 ，，M体体分分解解为为铁铁素素体体和渗碳体，碳化物转变为和渗碳体，碳化物转变为Fe3C，，体积收缩。

体积收缩 从从530 冷冷却却后后，，在在177 附附近近出出现现转转折折，，渗渗碳体达到居里点，发生磁矩的同向排列，体积增加碳体达到居里点，发生磁矩的同向排列，体积增加材料的热传导1、基本概念热传导：温度梯度沿热流方向，温度梯度沿热流方向， 每单位长度的温度变化每单位长度的温度变化其为矢量，方向指向温度升高方向其为矢量，方向指向温度升高方向热流密度热流密度：单位时间内通过与热流单位时间内通过与热流垂直的单位面积的热量垂直的单位面积的热量傅里叶定律：在固体内任一点热流密度傅里叶定律：在固体内任一点热流密度q与温度梯度与温度梯度△△T/△XT/△X成正比，但方向成正比，但方向相反：相反： q q＝＝-λ△T/△X-λ△T/△X式中式中λλ为热导率（导热系数），在单位为热导率（导热系数），在单位温度梯度下，单位时间内通过单位截面温度梯度下，单位时间内通过单位截面积的热量积的热量2、热扩散率不稳定导热过程与体系的热焓相联系，不稳定导热过程与体系的热焓相联系，而热焓的变化速率与材料的导热能力而热焓的变化速率与材料的导热能力（（λλ））成正比，与贮热能力（定容热容）成正比，与贮热能力（定容热容）成反比成反比。

导温系数（热扩散率）导温系数（热扩散率）   =λ/=λ/ c c式中式中 为密度，为密度，c c为比热容为比热容热阻率用热阻的大小表征材料对热传导热阻率用热阻的大小表征材料对热传导的阻隔能力的阻隔能力3热传导的物理机制热传导的物理机制3.13.1声子和声子电导热声子和声子电导热传导过程就是材料内部的能量传输过程在固体传导过程就是材料内部的能量传输过程在固体中能量的载体有：自由电子、声子（点阵波）、中能量的载体有：自由电子、声子（点阵波）、光子（电磁幅射）光子（电磁幅射）对纯金属，主要机制是电子导热对纯金属，主要机制是电子导热对合金，主要为电子导热，但声子导热的作用增对合金，主要为电子导热，但声子导热的作用增强对半金属或半导体，电子导热与声子导热的作用对半金属或半导体，电子导热与声子导热的作用相仿对绝缘体，仅为声子导热一般情况下不考虑光对绝缘体，仅为声子导热一般情况下不考虑光子导热，当在极高温下可能有光子导热存在子导热，当在极高温下可能有光子导热存在固体材料的导热系数固体材料的导热系数 λ＝λe＋λl式中式中λλe e为电子导热系数，为电子导热系数，λλl l为声子导热系数。

为声子导热系数按照气体分子运动论，气体导热系数为按照气体分子运动论，气体导热系数为式中式中c c为单位气体比热容，为单位气体比热容，υυ为分子速度，为分子速度，ιι为为分子平均自由程分子平均自由程, ,借用气体导热系数公式，近似借用气体导热系数公式，近似描述固体材料中电子、声子和光子的导热机制，描述固体材料中电子、声子和光子的导热机制，则：则：电子的导热系数为：电子的导热系数为：当点阵完整时，电子运动不受阻碍，为无穷大，实际当点阵完整时，电子运动不受阻碍，为无穷大，实际中因热运动引起点阵上原子偏移，畸变、位错、缺陷中因热运动引起点阵上原子偏移，畸变、位错、缺陷等，使电子导热变得复杂近似计算知等，使电子导热变得复杂近似计算知λλe e/λ/λl l＝＝3030光子热导光子热导固体中分子、原子和电子的振动、转动固体中分子、原子和电子的振动、转动等运动状态的改变会辐射出频率较高的等运动状态的改变会辐射出频率较高的电磁波覆盖了一较宽的频谱其中具电磁波覆盖了一较宽的频谱其中具有较强热效应的是波长在有较强热效应的是波长在0.40.4～～4040 m m间间的可见光与部分红外光的区域，这部分的可见光与部分红外光的区域，这部分辐射线为热射线。

热射线的传递过程称辐射线为热射线热射线的传递过程称为热辐射由于它们都在光频范围内，为热辐射由于它们都在光频范围内，其传播过程和光的传播现象类似，所以其传播过程和光的传播现象类似，所以把它们的导热过程看作是光子在介质中把它们的导热过程看作是光子在介质中传播的的导热过程传播的的导热过程黑体单位容积的幅射能为：黑体单位容积的幅射能为：E E＝＝4 4 n n3 3T T4 4/v/v式中式中 是斯蒂芬是斯蒂芬- -波尔兹曼常数波尔兹曼常数5.67×105.67×10-8-8w/w/㎡㎡ K K4 4n n是折射率是折射率v v是光速是光速3×103×101010㎝㎝/s/s经过带入，幅射热导率经过带入，幅射热导率λλr r＝＝ n n2 2T T3 3l lr r幅射传热的解释：任何温度下的物体都幅射传热的解释：任何温度下的物体都能辐射或吸收一定频率的射线当有温能辐射或吸收一定频率的射线当有温度梯度时，高温体积元向低温体积元传度梯度时，高温体积元向低温体积元传递热λλr r就是描述介质中这种辐射能就是描述介质中这种辐射能的传递能力，它取决于光子的平均自由的传递能力，它取决于光子的平均自由程程l lr r 。

对辐射线是透明的介质，对辐射线是透明的介质，l lr r较大；较大；对辐射线是不透明的介质，对辐射线是不透明的介质，l lr r很小；很小；对辐射线是完全不透明的介质，对辐射线是完全不透明的介质，l lr r＝＝0 0实实例例：：单单晶晶和和玻玻璃璃对对辐辐射射线线是是比比较较透透明明的的，，在在773773～～1273K1273K时时的的传传热热已已很很明明显显，，而而陶陶瓷瓷材材料料的的比比玻玻璃璃的的小小很很多多，，因因此此，，一一些些耐耐火火氧氧化化物物在在1773K1773K高高温温下下幅幅射射传传热热才才明显4、热导率的一般规律实验事实：在室温下许多金属的热导率与实验事实：在室温下许多金属的热导率与电导率之电导率之比比λ/λ/ 几乎相同，而不随金属不几乎相同，而不随金属不同而改变即魏得曼同而改变即魏得曼——弗兰兹定律弗兰兹定律洛伦兹数：洛伦兹数：LorenlzLorenlz发现，发现，λ/λ/ 与温度与温度T T成成正比，该比例常数为洛伦兹数：正比，该比例常数为洛伦兹数：λ/λ/ ＝＝LTLTL=λ/L=λ/ T==2.45×10T==2.45×10-8-8w wK KB B-2-2K KB B为波尔兹曼常数，为波尔兹曼常数，e e为电子电量。

为电子电量表表1.31.3为各种金属的洛伦兹数为各种金属的洛伦兹数注意：在注意：在T T 0℃0℃时时L L为常数T T0K0K时，时，L L0 0这与电子的作用波削弱这与电子的作用波削弱有关意义：通过测定材料电导率意义：通过测定材料电导率 就可间接得就可间接得到热导率，克服了直接测热导率的困难到热导率，克服了直接测热导率的困难5、热导率的影响因素温度的影响温度的影响在金属中，温度升高在金属中，温度升高电子运动受热电子运动受热运动、原子或缺陷的阻力增加运动、原子或缺陷的阻力增加热阻热阻增加增加热导率下降热导率下降原子结构的关系合金成份和晶体结构的影响合金成份和晶体结构的影响合金的加入使晶格缺陷增多，使热阻增加大，合金的加入使晶格缺陷增多，使热阻增加大，λλ减小减小6、无机材料的热导率热导率经验公式：经验公式：λλ＝＝＋＋8.5×108.5×10-36-36T T1010适用范围：对适用范围：对AlAl2 2O O3 3 MgOMgO 300 300～～2073K2073K BeO:1273BeO:1273～～2073K2073K玻璃体在高于玻璃体在高于773K773K时，因幅射传时，因幅射传热效应影响热效应影响, ,使热导率较快增加：使热导率较快增加：λλ＝＝CTCT＋＋d d式中式中C C、、d d为常数。

为常数建筑材料，粘土质耐火砖等：建筑材料，粘土质耐火砖等：λλ＝＝λλ0 0（（1 1＋＋bTbT））式中式中λλ0 0是是0℃0℃时的热导率，时的热导率，b b是材料性质常数是材料性质常数材料的热稳定性热稳定性：材料承受温度的急剧变热稳定性：材料承受温度的急剧变化而不被破坏的能力，又称抗热震化而不被破坏的能力，又称抗热震性热冲击损坏的两种类型：抵抗瞬时热冲击损坏的两种类型：抵抗瞬时断裂的性能为抗热冲击断裂性；抵断裂的性能为抗热冲击断裂性；抵抗热冲击循环导致的破坏的性能为抗热冲击循环导致的破坏的性能为抗热冲击损伤性抗热冲击损伤性1、热稳定性的表示方法热稳定性随材料的应用范围不同而要求热稳定性随材料的应用范围不同而要求不同：不同：日用瓷：热冲击为日用瓷：热冲击为200K200K，，火箭喷嘴：热冲击为火箭喷嘴：热冲击为1000K1000K评定方法：日用瓷在冷水中急冷评定方法：日用瓷在冷水中急冷 耐火材料在耐火材料在850850 温温差的环境中重复操差的环境中重复操作2、热应力外力不变，仅因热冲击造成开裂和断裂外力不变，仅因热冲击造成开裂和断裂而损坏，是由于温度作用下的内应力超而损坏，是由于温度作用下的内应力超过了材料的力学强度极限所致。

以杆件过了材料的力学强度极限所致以杆件受热膨胀并受到两端的拘束时的内应力：受热膨胀并受到两端的拘束时的内应力：a a为线胀系数为线胀系数第一热应力断裂抵抗因子第一热应力断裂抵抗因子第一章试题第一章试题1 何谓德拜温度？有什么物理意义？对它有哪些测试方法？何谓德拜温度？有什么物理意义？对它有哪些测试方法？2 使用双原子模型说明材料热膨胀的物理本质使用双原子模型说明材料热膨胀的物理本质3 试说明膨胀法在物理冶金中的应用试说明膨胀法在物理冶金中的应用4 影响材料热导率的主要因素有哪些？影响材料热导率的主要因素有哪些？5   。