材料化学-材料的性能全解.pptx
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1、3.3 热性能Chapter3 Properties of MaterialsThe俨mal P俨pe俨 热容(heat capacity)热膨胀(thermal expansion)热传导(thermal conduction)3.3.1 热容 C h eat capacity)Chapter3 Properties of Materials21 1n o l物质升高l K所需要 的热量d T定压热容cp.等压条件下测定的热容定容热容Cv:等容条件下测定的热容Chapter3 Properties of Materials3晶态固体材料的热容,两个经验定律:a)杜隆J自替(Dulong-Pe
2、oit)定律 一 元素的热容定律:一 晶体材料较高温度下:CP=3R=25 Jmol 1K九一 极低温度下:CPoc.T3 事实上,除了一些轻元素的热容比上述值要小些外,大部 分元素的原子热容都接近该值,尤其是在高温 的情况下更 是如此。b)柯普(Kopp)定律 一 化合物的热容定律:化合物的摩尔热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。即:固态化合物的摩尔热容25n JK-lmol-1(n为1摩尔固态化合物中元素原子的摩尔数)。Chapter3 Properties of Materials43.3.2 热膨胀thermal epansion膨胀系数:温度变化lK时材料尺度的变化量。线膨胀系数
3、q和体积膨胀系数叫俨 )(去.1 1r av 二 i 一VIv J 飞ar,p热膨胀系数是固体材料的一个重要的性能参数。在多 晶、多相固体材料以及复合材料中,由于各相及各个方向 的L值不同所引起的热应力问题己成为选材、用材的突出矛盾。材料的热膨胀系数大小直接与热稳定性有关。热膨胀现象解释Chapter3 Properties of Materials5。原子问距离原于间距离r,I 二 I I 3r3fi!.民:1 ,15 f毒 队E古r2I I:lI l审毒 瓦辑鸟E,十W 实际的 ,假想的ro非对称的势能曲线对称的势能曲线势能一原子间距离曲线膨胀的差异Chapter3 Properties
4、of Materials6原子间的键合力越强,则热膨胀系数越小。j 1 1键-O J”,f森原子间距离回 剿 t:.E凡较强键/i l r.”几7t:.Ef键强与热膨胀金属和无机非金属材料的线膨胀系数较小;聚合物材料则较大。(范德华力膨胀的差异:Chapter3 Properties of Materials7结构紧密的固体,热膨胀系数越大。固体结构疏松,内部空隙较多,当温度升高,原子间距离增加时,部分被结构内部空隙所容 纳,宏观膨胀就小。紧密堆积的氧化物,热膨胀系数大,例如MgO、BeO、Al203 等3.3.3 热传导(thermal conduction)Chapter3 Propert
5、ies of Materials8热量从系 统的一部分传到 另 一部分或由一个系 统传到 另 一个系 统的现象热量通量q:热导率:表征物质热传导性能的物理量:单 位时间通过横截面的热量。单位:W-m1K1,或 cal-cm1s1K1-1cal-cm1s1K1=4.2102 W-m1K1-A金属较大,在2.3 417.6 Wm-1K-1(A5 e立。c ifr带半满)(价带全满但与 导带部分重叠)Si02瓷器干燥木材石英橡胶I-,.,玻璃NaCl II写于10卢1 810-16 10-1410-1210-1 010-8SiG掺杂硅eFeMn,人g-U4II 6I1 8v IS m-1 L金属导体
6、 一GaAsL一 一 1o-610-4IIIIII10-21 102绝缘体半导体Chapter3 Properties of Materials17半导体:禁带(forbidden band)不太宽,热能足以使满带中的电子被激发越过禁带而进入导带,从而 在满带中 留下空穴,在导带中增加 自由电子,它们都能导电。增加导电性的 方法:1.升高温度2.掺 杂:掺五价的P、As、钩,n型半导体;掺三价的B、Al、Ga、In 等,p 型半导体3.4.2 介电性能Dielectric P俨 pe俨?介电质:凡是在电场作用下,不传导电流,能产生极化 的一切物质又被称之为电介质。介电质两种功能:一作为绝缘体,
7、二作为电容:在电子工业中用来做集成电路的基板、电容器等。介电性:在电场作用下,材料表现出来的对静电能的储备和损耗的性质对静电能的储备和损耗是由于在外电场作用下产生极化。极化:将原子或分子置于电场下,就会发生电子云中心 的偏移,即电荷的重新排布材料极化Chapter3 Properties of Materials19Q e极 板 面 积A十QOtQI 斗号1-s-表 面 净 负J电 荷(Q)v书真 空8 g ggZih电 荷 区 i -Q e-QI 表 面 净 正电 荷(+Qi)-Qo、lsqd,、飞lh H U1飞电容C(capacitance)Chapter3 Properties of
8、Materials20电荷量q与电压V的比值:C=q/VJ一 一 一一J平板 电容计算:C(AIL)斗曲,m一 川 内l v哩h牛牛牛牛,二 二二二 二4个 丁 士 +_+-I马 守 n 了 q+,!宁宁(a)(b)户i vn叶l卸lt 1 阳 阳川即 UJDn:介电常数,表示在单位电场中,单位体积内积 蓄的静电能量的大小。表征材料极化和储存电荷的 能力;是个宏观物理量。材料的介电常数通 常以相对介电常数r 表 示:er=el&oChapter3 Properties of Materials21介 电强度一定间隔的平板 电容器的极板间可 以维持的最大电场强度,也成击穿电压。介质损耗置于交流电
9、场中的介质,以内部发热(温 度升高)形式表现出来的能量损耗。用介 电损耗角正切tgo表示。高 分子材料的由主链结构中的键的性能和排列所决 定。分 子 结 构 极 性 越 强,和 电8越 大 非极性材料的 极化程度小,和暖 都较小极性取代基团 影 响更 大,其数目 越多,和嚼 越大Chapter3 Properties of Materials22某些介电材料的性能材料介电常数 r介电损耗 tanS (106Hz)介电强度 106/V m-160Hz106Hz聚甲醒7.54.71 2聚乙烯2.32.32.320聚四氟乙烯2,12.1 2 10-4聚苯乙烯2.52.513 10-420聚氯乙烯(无
10、定形)73.40.040.1440橡胶43.21 0220环氧树脂3.6熔融氧化硅3.83.82 10-4铺钙玻璃77510-32 10-21 0氧化铝96.51”31 0-46铁酸顿300010-21 2Ti021 4-11 02 10-45 10-38云母740tgo 大,损耗大,材料发热。Chapter3 Properties of Materials23电容介质 大,tgo 小作 绝缘材料或电容器材料的高 聚物,介 电损耗越小越好 航空航天材料 小,tgo 大,静电小高频焊接:薄膜封 口,tgo 大需要通过高频加热进行干燥,模塑或对塑料进行高频焊 接时,要求高 聚物的介电损耗越大越好高
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- 材料 化学 性能