《材料物理性能》课程教学课件（PPT讲稿）第四章 无机材料的热学性能 4.3 无机材料的热传导 4.4 无机材料的热稳定性 4.5 无机材料的熔融与分解

4.2无机材料的热膨胀 热膨胀： 物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象。 线膨胀系数： 温度升高1K时，物体的相对伸长。 体积膨胀系数： 温度升高1K时，物体体积的的相对增大值。 固体材料热膨胀的物理本质： 点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。 热膨胀机理： 由晶格的非简谐振动引起的，导致两个原子间的平衡位置偏移

4.2 无机材料的热膨胀 热膨胀： 物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象。 线膨胀系数： 温度升高1K时，物体的相对伸长。 体积膨胀系数： 温度升高1K时，物体体积的的相对增大值。 固体材料热膨胀的物理本质： 点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。 热膨胀机理： 由晶格的非简谐振动引起的，导致两个原子间的平衡位置偏移

4.2无机材料的热膨胀 4.2.3热膨胀的影响因素 1.化学键型 2.结合能、熔点 3.温度、热容 4.结构

4.2 无机材料的热膨胀 4.2.3 热膨胀的影响因素 1. 化学键型 2. 结合能、熔点 3. 温度、热容 4. 结构

4.3无机材料的热传导 热传导： 当固体材料一端的温度比另一端高时，热量从热端自动地传向冷端的现象。 热导率（导热系数1）： 单位温度梯度下在单位时间内通过单位垂直面积的热量。 一）电子热导 固体热传导机制相应的分为三种 二)声子热导 无机材料 三)光子热导

4.3 无机材料的热传导 热传导： 当固体材料一端的温度比另一端高时，热量从热端自动地传向冷端的现象。 热导率（导热系数λ）： 单位温度梯度下在单位时间内通过单位垂直面积的热量。 固体热传导机制相应的分为三种 (二) 声子热导 (三) 光子热导 (一) 电子热导 无机材料

4.3无机材料的热传导 4.3.3影响热传导的因素 1. 温度的影响 2. 显微结构的影响 3. 化学组成的影响 4. 复相陶瓷的热导率 5. 气孔的影响

4.3 无机材料的热传导 4.3.3 影响热传导的因素 1. 温度的影响 2. 显微结构的影响 3. 化学组成的影响 4. 复相陶瓷的热导率 5. 气孔的影响

4.3无机材料的热传导 4.3.3影响热传导的因素 1.温度 热导率 九= C 3 可以看作常数 (1)T对C(热容)的影响 C T=0K,C=0 T>0DC≈3R T

4.3 无机材料的热传导 4.3.3 影响热传导的因素 1. 温度 T C D T=0K, C=0 T> D C≈3R (1) T 对C（热容）的影响 v Cvl 3 1 热导率  = 可以看作常数

4.3无机材料的热传导 4.3.3影响热传导的因素 0.30 (2) Al2O3 熔融SiO2 -Ti02 0.20 莫来石 Mgo T个， 置 -ThO2 TV, 0.10 BeO Sic 平均！ 400 8001200 1600 2000 T/K 图4.13几种晶态氧化物及玻璃态Si02的1/1-T曲线

4.3 无机材料的热传导 4.3.3 影响热传导的因素 (2) T对平均自由程 l 的影响 平均自由程 l 最大可达晶粒尺寸——l上限(低温) 最小为晶格间距—— l下限（高温） T↑，声子碰撞几率↑， l ↓，热阻↑ ， λ↓ T ↓ ，声子碰撞几率↓ ， l ↑ ，热阻↓， λ ↑

4.3无机材料的热传导 (3)T对的影响 3 CT T=0K,C=0,=0 T↑，C∝T3,l是上限值，入∝T3,↑ T再↑，T0D,1是下限值↓，趋于定值 T 再↑↑，光子导热，2↑

4.3 无机材料的热传导 (3) T对λ的影响 Cvl 3 1  = T=0K，C=0, λ=0↓ T ↑ ， C∝T3 ， l是上限值， λ ∝T3 ，λ ↑ T 再↑， T D，l是下限值↓ ，λ趋于定值 T 再↑↑，光子导热， λ ↑

4.3无机材料的热传导 1 λ= -3 Cvl 声子热导 光子热导 1 (热辐射) 1= 30n2r3, 40K T/K 1600K 氧化铝单晶的热导率随温度的变化

4.3 无机材料的热传导 λ 40K 1600K 光子热导 （热辐射） 氧化铝单晶的热导率随温度的变化 T/K 声子热导 𝝀 = 𝟏 𝟑 𝑪𝒗ഥ𝒍 λr 9

4.3无机材料的热传导 注意：物质的种类不同，导热系数随温度的变化规律不同。 例如：√气体：随温度的升高，其导热系数增大。 金属材料：随温度的升高，其导热系数先增大，超过 一定值后，缓慢下降。 √耐火氧化物多晶材料：随温度的升高，其导热系数下 降。（使用温度范围内） 不致密的耐火材料：由于气孔导热的贡献，随 着温度的升高，热导率略有提高

4.3 无机材料的热传导 注意：物质的种类不同，导热系数随温度的变化规律不同。 例如： 不致密的耐火材料：由于气孔导热的贡献，随 着温度的升高，热导率略有提高。 ✓ 气体：随温度的升高，其导热系数增大。 ✓ 金属材料：随温度的升高，其导热系数先增大，超过 一定值后，缓慢下降。 ✓ 耐火氧化物多晶材料：随温度的升高，其导热系数下 降。（使用温度范围内）

4.3无机材料的热传导 2.显微结构 A.晶体结构越复杂，晶格振动的非谐性程度越大，热导率越低。如：镁 铝尖晶石的热导率比Al2O3和MgO低。 B.晶向不同，热传导系数也不一样，如：石墨、h-BN为层状结构，层内 比层间的大4倍

4.3 无机材料的热传导 2. 显微结构 A. 晶体结构越复杂，晶格振动的非谐性程度越大，热导率越低。如：镁 铝尖晶石的热导率比Al2O3和MgO低。 B. 晶向不同，热传导系数也不一样，如：石墨、h-BN为层状结构，层内 比层间的大4倍