固体材料热物理性质讲义课件.ppt

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1、固体材料导热性能的机制、影响因素及优化奚同庚中国科学院上海硅酸盐研究所1959：毕业于北京科技大学,同年起在中科院上海硅酸盐研究所工作1963：助研，课题组长1981：副研，室主任1985：研究员、博导1983～1991：副所长研究方向：材料热物性学，热功能材料，能源技术论文：已发表150余篇，其中国外发表70余篇（J.Appl.Phy.,Trans.J.Br.Ceram.Soc.,Ferroelectrics,J.Mat.,Sci.Let.,Inter.J.Thermophysics,ThermochimicaActa,等）获奖：8项成果奖国家科技进步奖3项，二等

2、奖2项，三等奖1项中科院进步奖5项，一等奖1项，二等奖4项奚同庚简历著作：12本（无机材料热物性学，高温涂层，热分析质谱法，固体热物理性质导论—理论与测量等）兼职：1985年起先后兼任中国科技大学、同济大学、华东理工大学、上海科技大学、香港中文大学兼职教授学会：上海市国家突出贡献专家协会副会长中国计量学会理事、热物理专业委员会副主任上海计量测试学会理事长ATPC国际热物性会议常务理事中科院能源委员会委员上海绝热工程和材料应用委员会主任其它：1988年被国家人事部授予“中青年突出贡献专家”称号1988年评为上海市劳动模范1989年国防科工委授予献身国防科技事

3、业荣誉奖章1993～2003年上海市第八、第九届政协委员目录前言1.热的微观理论Ⅰ.固体导热机制概述2.导热载体类别3.导热系数理论曲线的实验验证7.与其他物性的关联性4.工程材料导热因子的理论分析Ⅱ.影响材料导热系数的物理、化学因素1.温度2.体积密度4.化学成分3.晶体结构5.气孔6.晶粒、晶界、缺陷、微裂纹目录Ⅲ.导热性能作为研究材料微观结构的应用实例1.相变的导热研究5.微裂纹的导热研究2.电畴的导热研究3.晶态物质导热的非晶态行为4.晶界状态的导热研究Ⅳ.热功能材料热性能的优化和设计前言热物理性质输运性质：导热系数、导温系数、热膨胀、热辐射、粘度热力学性质

4、：比热、热焓热物性学研究范畴1.热物性测试方法和技术研究2.热物性物理模型和机制研究3.热物性变化规律及影响因素研究4.宏观热物性与微观结构、显微组织、化学成分间关系研究5.热物性数据判读及数据库建立热物性在基础科学和工程技术中的作用航天技术—宏观热障IC和IT技术—微观热障能源技术和动力工程—热装置的热设计热过程的热分析热功能材料的删选及优化研究材料微观结构变化的一种新方法1.热的微观理论热的动力学理论——热是一种关联到分子、原子、电子等以及其组成部分的移动、转动和振动的能量2.导热载体类别(1).分子导热——分子碰撞(2).电子导热——电子碰撞(3).声子导热—

5、—声子碰撞(4).光子导热——光子碰撞（较高频率的电磁辐射能）介电体中：热量传导是由晶格振动（格波）实现的—波动说格波的能量传导又具有量子化特征—量子说格波传递能量的速度为该物质中的等效声速，因此把量子化的以等效声速传递的晶格振动称为“声子”因此、导热的机理必然与组成物质的微观粒子的运动与相互作用有关。Ⅰ.固体导热机制概述对于以上四种导热载体的导热系数都用一个通式表示：——导热载体的体积热容——导热载体在物质内传递速度——导热载体相互碰撞的平均自由程3.导热系数理论曲线的实验验证——随T变化规律对方程（1）各项与温度的关系，求出理论曲线实测的值曲线对比验证（1）无机

6、非金属材料（陶瓷等）陶瓷材料（晶体）导热系数的理论曲线单晶氧化铝的导热系数的实测曲线校正到理论密度后的多晶氧化物的导热系数的实测曲线校正到理论密度后的多晶氧化物的导热系数石墨和的SiC导热系数曲线玻璃等非晶体材料导热系数的理论曲线1—声子导热和光子导热的贡献2—声子导热的贡献（2）非晶态材料非晶态材料可看成是近程有序、远程无序的结构石英玻璃的实测导热系数曲线几种不同组分玻璃的实测导热系数曲线金属导热系数的理论曲线（3）金属材料金属导热系数的实测曲线4.工程材料的导热因子分析（1）典型工程材料导热因子构成有效导热系数的概念——导热、对流、热辐射三种传播方式对导热性能

7、按权重的综合贡献导热、辐射和对流三种传热方式对有效导热系数的贡献可分解成若干导热因子，绝热材料有效导热系数可由下列导热因子组成：式中—固相导热因子，包括非金属晶态相导热因子（声子），玻璃相导热因子（声子），金属相导热因子（电子）—辐射导热因子，包括气相(气孔内)辐射导热因子，固相辐射导热因子（光子）—气相热导导热因子（分子）—气相对流导热因子（分子）热面冷面非金属固体导热(声子）气孔内气体导热和对流(分子）绝热材料热传递原理图热辐射（光子）微孔硅酸钙电镜照片气孔尺寸20～80um聚氨酯泡沫电镜照片气孔尺寸150～300um(2).导热因子随材料密度和温度变化规律