高分子材料的膨胀与导热性能19页PPT
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高分子材料的结构及其性能PPT(36张)
态。 此时，只有比链段更小的结构单元如链节、侧基等能够运动。 受外力作用时，只能使主链的键长和键角有微小的改变，外力去除后形变能迅速回复，这 是一种普弹性状态。
B、高弹性 随着温度的升高，当T＞Tg 时，分子的动能增加，使链段的自由旋转成为可能，此时，试
样的形变明显增加，在这一区域中，试样变成柔软的弹性体，称为高弹态。 高弹态时，弹性模量显著降低，外力去除后，变形量可以回复，有明显的时间依赖性。由
如图16-7，在间同立构高聚物中， 原子或原子团会交替分布在主链两侧； 在全同立构高聚物中，原子或原子团 则全部排列在主链同一侧；而在无规立构高聚物中，主链两侧原子分布是随机的。
这种化学成分相同，但由于不对称取代基沿分子主链分布不同的现象，就叫做 高分子的立体异构现象。
2、大分子链的构象及柔性 高聚物结构单元是通过共价键重复连接形成线型大分子，共价键的特点是键能
2、单体 高分子化合物是由低分子化合物通过聚合反应获得。
组成高分子化合物的低分子 化合物称作单体。所以我们经 常说，高分子化合物是由单体 合成的，单体是高分子化合物 的合成原料。如图16-2，聚乙 烯是由乙烯（CH2＝CH2）单 体聚合而成的。 高分子化合物的相对分子质 量很大，主要呈长链形，因此 常称作大分子链或者分子链。 大分子链极长，可达几百纳米以上，而截面一般小于1nm。
物，简称高聚物材料，是以高分子化合物为主要组分的有机 材料，可分为天然高分子材料和人工合成高分子材料两大类。 天然高分子材料包括如蚕丝、羊毛、纤维素、油脂、天然橡 胶、淀粉和蛋白质等。 人工合成高分子材料包括如塑料、合成橡胶、胶粘剂和涂料 等。工程上使用的主要是人工合成的高分子材料。
一、高聚物的基本概念 1、高聚物和低聚物 高分子化合物是指相对分子质量很大的化合物，其相对分子质量在5000
B、高弹性 随着温度的升高，当T＞Tg 时，分子的动能增加，使链段的自由旋转成为可能，此时，试
样的形变明显增加，在这一区域中，试样变成柔软的弹性体，称为高弹态。 高弹态时，弹性模量显著降低，外力去除后，变形量可以回复，有明显的时间依赖性。由
如图16-7，在间同立构高聚物中， 原子或原子团会交替分布在主链两侧； 在全同立构高聚物中，原子或原子团 则全部排列在主链同一侧；而在无规立构高聚物中，主链两侧原子分布是随机的。
这种化学成分相同，但由于不对称取代基沿分子主链分布不同的现象，就叫做 高分子的立体异构现象。
2、大分子链的构象及柔性 高聚物结构单元是通过共价键重复连接形成线型大分子，共价键的特点是键能
2、单体 高分子化合物是由低分子化合物通过聚合反应获得。
组成高分子化合物的低分子 化合物称作单体。所以我们经 常说，高分子化合物是由单体 合成的，单体是高分子化合物 的合成原料。如图16-2，聚乙 烯是由乙烯（CH2＝CH2）单 体聚合而成的。 高分子化合物的相对分子质 量很大，主要呈长链形，因此 常称作大分子链或者分子链。 大分子链极长，可达几百纳米以上，而截面一般小于1nm。
物，简称高聚物材料，是以高分子化合物为主要组分的有机 材料，可分为天然高分子材料和人工合成高分子材料两大类。 天然高分子材料包括如蚕丝、羊毛、纤维素、油脂、天然橡 胶、淀粉和蛋白质等。 人工合成高分子材料包括如塑料、合成橡胶、胶粘剂和涂料 等。工程上使用的主要是人工合成的高分子材料。
一、高聚物的基本概念 1、高聚物和低聚物 高分子化合物是指相对分子质量很大的化合物，其相对分子质量在5000
高分子材料的性能与研究方法(ppt 28页)
料
医用高分子
概念：可应用于医药的人工合成（包括改性）的
高分子材料，不包括天然高分子材料、生物高分子 材料、无机（高分子）材料等在内。
分 类
基本：（1）、组织相容性：材料自身稳定性及于机 要求 体组织亲和性（容忍性），材料对集体的影
响； （2）、酶生物老化性：材料对人体复杂环境 的适应性（抗“体内老化”性） （3）、血液适应性：不凝血、不溶血、不改 变血液中的蛋白、不破坏血小板、不在引发 血栓形成等。
功能高分子材料
分类：（1）化学功能：感光高分子、氧化还原树脂、离子交
高
换树脂、高分子催化剂、光降解塑料、固体电介质等；
分
（2）物理功能：导电高分子、压电高分子、高分子极 驻体、旋光性高分子、磁记录高分子、荧光体等； （3）化学、物理复合功能：高分子吸附剂、絮凝剂、
子 发 光 板
表面活性剂、染料、稳定剂、高吸水材料等；
2、连锁聚合反应（链式聚合、链式反应）： 单体被某种能量激活，是指链接到具有能量 的基团上，从而再激发另一个单体使之在连 接到这个增长的基团上，如此往复连成高分 子。包括自由基聚合与离子聚合。
4、高分子共混：多种高分子共混，形成有 特点的新的高分子材料。包括机械粉末共混、 溶液共混、乳液共混、熔融共混、化学反应 性共混等。
复合材料：以一种材料为基体（基体材料），另一
种材料为增强体（增强材料）组合而成的材料。 聚合物基复合材料通常以塑料或橡胶为基体，以纤维 为增强材料。
优势性能：强度高、力学性能好，抗疲劳性能好，
减震性能好，热变形温度高。
应用领域：
（1）航天航空（机翼、卫星天线、太阳能电池翼、大型运载火箭壳体等）； （2）汽车工业（车身、受力构件、传动轴、发动机架及内部构件等）； （3）化工、纺织、机械制造（化工设备、纺织机、复印机、高速机床等）； （4）医学领域（医用X光机、矫形支架等）。
高分子材料(力学性能) ppt课件
三、粘弹性
§5.1 力学性能
三、粘弹性
§5.1 力学性能
2、动态粘弹性 （滞后）
• 滞后：一定温度下，受交变的应力，形变随时
间的变化跟不上力随时间的变化
应力周期性变化：σ＝σ 0 Sin ω t 应变：ε ＝ε 0 Sin（ω t ＋δ ）
落后一相位角
结果：产生滞后圈－－能耗
（机械能（弹性能）－－热能） －－－－力学损耗
如何§解5.决1 ？力学性能
1、特征
➢涂料涂装时流挂问题如何 解决？
1) 粘度大；分子量越大，粘度越大；分布越宽，粘度越大；
2) 流动机理：分子重心相对位移，是由链段的相继跃迁实 现的
3) 伴有高弹形变－－－具有粘弹性
现象：出口膨大、爬杆效应、融体破裂
一、高聚物的流动性 ？？？
§5.1 力学性能
4）是一假塑性流体：
运动单元高度取向（m 不为零）
1、拉伸过程 (非晶、结晶高聚物）
C 断裂:
脆性断裂：没有屈服，断裂面光滑；
§5.1 力学性能
四 屈服、强度与断裂
韧性断裂：出现屈服后的断裂，断裂面粗糙。
T < Tb 时： σB <σY －－－脆性断裂
1、拉伸过程 (非晶、结晶高聚物）
2) 结晶高聚物的应力~应变曲线
1、拉伸过程 (非晶、结晶高聚物） §5.1 力学性能
四 屈服、强度与断裂
注意: • 使用时υ趋于很小－－－长期强度，其远远小于所测值 ，
例：PVC: σB(1000h）＝1/2σB （测） • Tb、Tg测定时，是在一定时间尺度下，
（ υ比较小，时间长） 实际受力时（特别是在冲击力时）往往υ很高， 例：PVC 的Tb= - 50度，T使> - 30 ~ -15度
高分子材料培训教程(精品PPT)
1. 聚氯乙烯塑料 (PVC)
2. 聚乙烯塑料 (PE)
3. 聚苯乙烯塑料 (PS) 4. 聚丙烯塑料(PP) 5. 酚醛塑料 (PF)
6. 玻璃纤维(bō lixiānwéi)增强塑料 (GRP)
7. 脲醛塑料 (UF)
第十二页，共六十八页。
(1) 聚氯乙烯塑料 (PVC) 建筑工程中应用最为广泛的一种塑料，如
燃，在建筑工程中可用作保温材料、制作成片材(用于 隔断、吊顶灯片等)。目前，其产量仅次于聚氯乙烯 和聚乙烯。
第十七页，共六十八页。
聚乙烯 (PE)和聚苯乙烯 (PS)
第十八页，共六十八页。
(4) 聚丙烯塑料(PP) 聚丙烯塑料的机械性能和耐热性都优于聚
乙烯〔PE〕，耐溶剂性好，易燃烧，耐低 温较差，有一定的脆性(cuìxìng)。主要用于生产 管材和卫生洁具。
水立方的外衣(wàiyī)
ETFE(乙烯、四氟乙烯共聚物) 中文名为乙烯-四 氟乙烯共聚物。厚度通常(tōngcháng)小于0.20mm， 是一种透明膜材。
第二十八页，共六十八页。
二、工程塑料(ɡōnɡ chénɡ sù liào)
1. ABS塑料(sùliào) 2. 聚碳酸酯塑料(PC) 3. 聚酯塑料 (UP) 4. 聚氨酯塑料 (PV)
第二十九页，共六十八页。
(1) ABS塑料 ABS塑料是一种经改性的聚苯乙烯，具
有较好的抗冲性、耐低温性、耐热性、耐 候性及抗静电性。可用作结构材料，是通 用工程塑料中应用最为广泛的一种，也可 制作成管道、异型板材(bǎn cái)、门窗框架、 高级卫生洁具、模板等用于建筑工程中。
第三十页，共六十八页。
图A 塑料管
讨论
图B 镀锌铁管
第十五页，共六十八页。
2. 聚乙烯塑料 (PE)
3. 聚苯乙烯塑料 (PS) 4. 聚丙烯塑料(PP) 5. 酚醛塑料 (PF)
6. 玻璃纤维(bō lixiānwéi)增强塑料 (GRP)
7. 脲醛塑料 (UF)
第十二页，共六十八页。
(1) 聚氯乙烯塑料 (PVC) 建筑工程中应用最为广泛的一种塑料，如
燃，在建筑工程中可用作保温材料、制作成片材(用于 隔断、吊顶灯片等)。目前，其产量仅次于聚氯乙烯 和聚乙烯。
第十七页，共六十八页。
聚乙烯 (PE)和聚苯乙烯 (PS)
第十八页，共六十八页。
(4) 聚丙烯塑料(PP) 聚丙烯塑料的机械性能和耐热性都优于聚
乙烯〔PE〕，耐溶剂性好，易燃烧，耐低 温较差，有一定的脆性(cuìxìng)。主要用于生产 管材和卫生洁具。
水立方的外衣(wàiyī)
ETFE(乙烯、四氟乙烯共聚物) 中文名为乙烯-四 氟乙烯共聚物。厚度通常(tōngcháng)小于0.20mm， 是一种透明膜材。
第二十八页，共六十八页。
二、工程塑料(ɡōnɡ chénɡ sù liào)
1. ABS塑料(sùliào) 2. 聚碳酸酯塑料(PC) 3. 聚酯塑料 (UP) 4. 聚氨酯塑料 (PV)
第二十九页，共六十八页。
(1) ABS塑料 ABS塑料是一种经改性的聚苯乙烯，具
有较好的抗冲性、耐低温性、耐热性、耐 候性及抗静电性。可用作结构材料，是通 用工程塑料中应用最为广泛的一种，也可 制作成管道、异型板材(bǎn cái)、门窗框架、 高级卫生洁具、模板等用于建筑工程中。
第三十页，共六十八页。
图A 塑料管
讨论
图B 镀锌铁管
第十五页，共六十八页。
17-高分子材料PPT模板
常用的通用塑料有聚乙烯、聚氯乙烯、 聚苯乙烯、酚醛树脂等。
具有良好的综合工程性能（包括力学 性能、耐热耐寒性能、耐蚀性和绝缘性能 等），主要用于制造工程结构件和机械零 部件等。
常用的工程塑料有聚甲醛、聚酰胺、 聚碳酸酯和ABS等。
（4）常用工程塑料
常用塑料的主要性能及用途如教材表8-1所示。
2.橡胶
如右图所示，部分晶态结构的分子排列情况介 于晶态和非晶态之间，其性能与结晶度有关，结晶 度的变化范围为50%～95%。
结晶度是指晶态结构在高分子化合物中所占的质 量分数或体积分数。
部分晶态
1.2 常用高分子材料
按其来 源不同
按物理形 态和用途
不同
天然高分子材料 有天然橡胶、纤维素、蚕丝等
合成高分子材料
这类结构高分子化合物的性能和加工都与线型 分子链高分子化合物相似。
支链型
如左图所示，体型分子链的高分子链之间通过许多
支链相互交联，空间形态呈网状。
这类结构的高分子化合物硬度高，有良好的耐热性
和强度，但脆性大，弹性和塑性低，不能重复成型，这
体型
种性质称为热固性。
2.聚集态结构
高分子的聚集态结构是指高分子材料内部高分子链之间的几何 排列或堆砌结构。按分子排列是否有序，高分子的聚集态结构分类 如下图所示。
种类很多，如合成塑料、合成橡胶、 合成纤维等。
塑料
其中以塑料、橡胶、合成纤 橡胶 维的产量最大
纤维 黏合剂 功能高分子材料
1.塑料
塑料是以树脂为主要成分，添加一些能改善使用性能和工艺性 能的添加剂塑制成型的高分子材料。
（1）塑料的组成
树脂的种类、性能和数量决定了塑料的性能。塑料中的添加剂 种类较多，常用的有以下几种。
具有良好的综合工程性能（包括力学 性能、耐热耐寒性能、耐蚀性和绝缘性能 等），主要用于制造工程结构件和机械零 部件等。
常用的工程塑料有聚甲醛、聚酰胺、 聚碳酸酯和ABS等。
（4）常用工程塑料
常用塑料的主要性能及用途如教材表8-1所示。
2.橡胶
如右图所示，部分晶态结构的分子排列情况介 于晶态和非晶态之间，其性能与结晶度有关，结晶 度的变化范围为50%～95%。
结晶度是指晶态结构在高分子化合物中所占的质 量分数或体积分数。
部分晶态
1.2 常用高分子材料
按其来 源不同
按物理形 态和用途
不同
天然高分子材料 有天然橡胶、纤维素、蚕丝等
合成高分子材料
这类结构高分子化合物的性能和加工都与线型 分子链高分子化合物相似。
支链型
如左图所示，体型分子链的高分子链之间通过许多
支链相互交联，空间形态呈网状。
这类结构的高分子化合物硬度高，有良好的耐热性
和强度，但脆性大，弹性和塑性低，不能重复成型，这
体型
种性质称为热固性。
2.聚集态结构
高分子的聚集态结构是指高分子材料内部高分子链之间的几何 排列或堆砌结构。按分子排列是否有序，高分子的聚集态结构分类 如下图所示。
种类很多，如合成塑料、合成橡胶、 合成纤维等。
塑料
其中以塑料、橡胶、合成纤 橡胶 维的产量最大
纤维 黏合剂 功能高分子材料
1.塑料
塑料是以树脂为主要成分，添加一些能改善使用性能和工艺性 能的添加剂塑制成型的高分子材料。
（1）塑料的组成
树脂的种类、性能和数量决定了塑料的性能。塑料中的添加剂 种类较多，常用的有以下几种。
材料物理性能课件-1.3材料的热膨胀
V0[1(a
b
c)T]
V
a
b
c
由于膨胀系数是随温度变化的，所以上述各值都是指
定温度范围内的平均值，因此与平均热容一样，应用
时要注意适用的温度范围。膨胀系数的精确表达为：
dl
l lT dT
dV
V VT dT
continue
热膨胀的物理本质
在晶格振动中，曾近似地认为质点的热振动是 简谐振动。对于简谐振动，升高温度只能增大 振幅，并不会改变平衡位置。因此质点间平均 距离不会因温度升高而改变。热量变化不能改 变晶体的大小和形状，也就不会有热膨胀。这 样的结论显然是不正确的。
熔点越低，则热膨胀系数越大。由于单质的熔点与周 期表存在一定的规律性，所以热膨胀系数与周期表也 存在相应关系。
continue
格律乃森给出的金属热膨胀极限方程
V Tm C
对于大多数立方和六方结构的金属，C值在0.06~0.076
线膨胀系数与德拜温度的关系
l
A V 2/3M
1 2D
continue
5、X射线衍射法 是一种微观的检测方法。借助晶体对x射线的衍射， 测量晶格常数(原子间距)随温度的变化。
continue
热膨胀在工程中的意义
热膨胀系数是材料的一项重要热学性能指标，在实
际工程应用中具有重要意义。
1) 是决定材料抗热震性的主要因素。
2) 陶瓷坯上釉，二者α应匹配。釉α适当小于坯，烧结
谐振动，晶格振动中相邻质点间的作用力实际上是非 线性的，位能曲线也是非对称的。
导致热膨胀的次要因素
晶体中各种热缺陷的形成将造成局部点阵的畸变和 膨胀。随温度的升高，热缺陷浓度指数增加，所以 高温时，这方面的影响对某些晶体也就变得重要了。
材料的热膨胀.ppt
设在平衡位置时，两个原子间的互作用势能是：U(r0); 产生相对位移x后，两个原子间的互作用势能是：U(r0+ x），此时 原子间距变为r=r0+ x，将U(r0+ x）在平衡位置附近用泰勒级数展 开如下：
U r
U r0
dU dr
r0
x
1 2!
d 2U dr 2
对于六角和三角晶系，膨胀系数由二个方向的热膨胀系数决定， 即平行和垂直六角（三角）柱体晶轴：
11 22 ,33 //
六角、三角、四角晶系的平均热膨胀系数：
1 3
//
斜方晶系的热膨胀三个垂直方向的热膨胀系数：
3 1 2 3
2.3.4 铁磁性转变
线膨胀系数： l
l0T
体积膨胀系数： V
V0T
相应的真膨胀系数为：
T
dl l0dT
dV
V0dT
t
对于立方晶系：
3
t1
t2
t
2.3 影响热膨胀的因素
2.3.1 合金成分与相变
如果合金形成均一的单相固溶体，则合金的膨胀系数一般是介于组 元的膨胀系数之间，符合相加律的规律。
2 材料的热膨胀与导热性
热胀冷缩是自然规律，但为什么热胀冷缩呢？就一定会热 胀冷缩吗？什么情况下会出现热缩冷胀?
2.1 热膨胀来自原子的非简谐振动
固体材料热膨胀本质归结为点陈结构中的质点间平均距离随温度 升高而增大。 简谐近似：当原子离开其平衡位置发生位移时，它受到的相邻 原子作用力与该原子的位移成正比。
2.3.2 晶体缺陷
由空位引起的晶体变化可写成：
U r
U r0
dU dr
r0
x
1 2!
d 2U dr 2
对于六角和三角晶系，膨胀系数由二个方向的热膨胀系数决定， 即平行和垂直六角（三角）柱体晶轴：
11 22 ,33 //
六角、三角、四角晶系的平均热膨胀系数：
1 3
//
斜方晶系的热膨胀三个垂直方向的热膨胀系数：
3 1 2 3
2.3.4 铁磁性转变
线膨胀系数： l
l0T
体积膨胀系数： V
V0T
相应的真膨胀系数为：
T
dl l0dT
dV
V0dT
t
对于立方晶系：
3
t1
t2
t
2.3 影响热膨胀的因素
2.3.1 合金成分与相变
如果合金形成均一的单相固溶体，则合金的膨胀系数一般是介于组 元的膨胀系数之间，符合相加律的规律。
2 材料的热膨胀与导热性
热胀冷缩是自然规律，但为什么热胀冷缩呢？就一定会热 胀冷缩吗？什么情况下会出现热缩冷胀?
2.1 热膨胀来自原子的非简谐振动
固体材料热膨胀本质归结为点陈结构中的质点间平均距离随温度 升高而增大。 简谐近似：当原子离开其平衡位置发生位移时，它受到的相邻 原子作用力与该原子的位移成正比。
2.3.2 晶体缺陷
由空位引起的晶体变化可写成：
第7章 高分子材料的热学性能PPT课件
1 m
式中：Q为热量，E为内能，H为焓
cp cv
cpcv V 2VmT/
材料科学与工程学院
5
高分子材料的热容随温度的变化
材料科学与工程学院
6
表7-1 一些工程材料的比热容
陶瓷 氧化铝 氧化镁 熔融氧化硅 钙钠玻璃
Cp,m
金属
775 铝 940 铁 740 镍 840 316不锈钢
Cp,m
高聚物
第7章 高分子材料的热学性能
本章内容
热学性能：包括热容，热膨胀和热传导等。 本章讨论热学性能的物理概念、物理本质、影响因素、 测量方法及在高分子材料研究中的应用。
热容、热膨胀、热传导 高聚物的形变-温度曲线 高分子材料的耐热性 高分子材料的热稳定性 热分析在高分子材料研究中的应用
材料科学与工程学院
材料科学与工程学院
13
热膨胀与其他性能的关系 1 热膨胀和热容的关系
热膨胀系数与热容 密切相关并有着相 似的规律
材料科学与工程学院
14
2 热膨胀和结合能、熔点的关系
➢结合力越强的材料，热膨胀系数越小 ➢结合能大的熔点较高， 通常熔点高、膨胀系数小
格留乃申晶体热膨胀极限方程：
T m (V T mV 0)/V 0C
VTm为熔点温度时的体积；V0为0K时的体积； 立方和六方金属，C为0.06~0.076
材料科学与工程学院
15
影响材料热膨胀系数的因素
1 化学成分 成分相同的材料，结构不同，热膨胀系数也不同
2 键强度 键强度高的材料，有低的热膨胀系数
3 晶体结构 结构紧密的晶体热膨胀系数都较大，而非晶态
结构比较松散的材料，有较小的热膨胀系数
辐射传热中，容积热容相当于提高辐射温度所需能量
热膨胀解析PPT课件
5
（1）用作用力曲线解释
质点在平衡位置两侧受力不对称， 即合力曲线的斜率不等。
当rro时，曲线的斜率较大， 斥力随位移增大的较快，即位 移距离x，所受合力大；
当r ro时，曲线的斜率较小， 引力随位移增大的较慢，即位
移x距离，所受合力小。
在这样的受力情况下，质点振动的 平衡位置不在r0处，而要向右移。因 此，相邻质点间的平均距离增加。
ZrO2的热膨胀曲线
1-完全稳定化ZrO2 2-纯ZrO2 3-掺杂CaO的部分稳定ZrO2
12
2. 材料成分和组织 （1）形成固溶体
固溶体的膨胀系数取决于溶 剂基体和溶质的膨胀系数以及它 们的相对含量。
当溶质的膨胀系数高于溶剂 时，将增大膨胀系数。
当溶质的膨胀系数低于溶剂 时，将减小膨胀系数。
组元之间形成无限固溶体时，任 意成分固溶体的膨胀系数将处于 两组元膨胀系数之间。
13
固溶体的线膨胀系数 (+35 oC)
1-CuAu 2-AuPd 3-CuPd 4-CuPd (-140 oC) 5-CuNi 6-AgAu 7-AgPd
（2）不同结构的物质 固体结构疏松，内部空隙较多，当温度升高，原子振幅
加大，原子间距离增加时，部分的被结构内部空隙所容纳， 宏观膨胀就小。
例如：结构紧密的晶体膨胀系数大，而类似于无定形的 玻璃，则往往具有较小的膨胀系数。
真线膨胀系数
平均体积膨胀系数
真体积膨胀系数
αV和αl的换算关系
立方体：αV＝3αl 各向异性晶体：αV＝αa+ αb+ αc
三个晶轴方向的线膨胀系数
热膨胀系数是固体材料重要的性能参数！
4
二、热膨胀的物理本质
固体材料的热膨胀本质，归结为点阵结构中质点间平均距离 随温度升高而增大。 按照简谐振动理论解释：温度变化只能改变振幅的大小不能 改变平衡点的位置。 材料的热膨胀来自原子的非简谐振动。用非简谐振动理论解 释热膨胀机理。 （利用在相邻原子之间存在非简谐力时，原子间的作用力曲 线和势能曲线解释。）
（1）用作用力曲线解释
质点在平衡位置两侧受力不对称， 即合力曲线的斜率不等。
当rro时，曲线的斜率较大， 斥力随位移增大的较快，即位 移距离x，所受合力大；
当r ro时，曲线的斜率较小， 引力随位移增大的较慢，即位
移x距离，所受合力小。
在这样的受力情况下，质点振动的 平衡位置不在r0处，而要向右移。因 此，相邻质点间的平均距离增加。
ZrO2的热膨胀曲线
1-完全稳定化ZrO2 2-纯ZrO2 3-掺杂CaO的部分稳定ZrO2
12
2. 材料成分和组织 （1）形成固溶体
固溶体的膨胀系数取决于溶 剂基体和溶质的膨胀系数以及它 们的相对含量。
当溶质的膨胀系数高于溶剂 时，将增大膨胀系数。
当溶质的膨胀系数低于溶剂 时，将减小膨胀系数。
组元之间形成无限固溶体时，任 意成分固溶体的膨胀系数将处于 两组元膨胀系数之间。
13
固溶体的线膨胀系数 (+35 oC)
1-CuAu 2-AuPd 3-CuPd 4-CuPd (-140 oC) 5-CuNi 6-AgAu 7-AgPd
（2）不同结构的物质 固体结构疏松，内部空隙较多，当温度升高，原子振幅
加大，原子间距离增加时，部分的被结构内部空隙所容纳， 宏观膨胀就小。
例如：结构紧密的晶体膨胀系数大，而类似于无定形的 玻璃，则往往具有较小的膨胀系数。
真线膨胀系数
平均体积膨胀系数
真体积膨胀系数
αV和αl的换算关系
立方体：αV＝3αl 各向异性晶体：αV＝αa+ αb+ αc
三个晶轴方向的线膨胀系数
热膨胀系数是固体材料重要的性能参数！
4
二、热膨胀的物理本质
固体材料的热膨胀本质，归结为点阵结构中质点间平均距离 随温度升高而增大。 按照简谐振动理论解释：温度变化只能改变振幅的大小不能 改变平衡点的位置。 材料的热膨胀来自原子的非简谐振动。用非简谐振动理论解 释热膨胀机理。 （利用在相邻原子之间存在非简谐力时，原子间的作用力曲 线和势能曲线解释。）
材料热膨胀系数PPT课件
玻璃的热历史对 其膨胀系数有重要的 影响。
退火玻璃曲线发 生曲折是由于温度超 过 Tg 以 后 ， 伴 随 玻 璃转变发生结构变化， 膨胀更加剧烈。
至于急冷玻璃， 是由于试样存在热应 变，在某温度以上开 始出现弛豫的结果。
材料热膨胀系数
加热速度对玻璃线膨胀系数的影响
• 加热速度是个极重要的因素。玻 璃快速加热时，性质来不及反映 该温度的最终值。
ΔL / L0 = al Δt 试样规格为直径3-8mm，长度10-20mm的圆棒。
材料热膨胀系数
立式膨胀仪是将试样 安放在一端封闭的石英管 底部，使其保持良好的接 触，试样的另一端通过一 个石英顶杆将膨胀引起的 位移传递到千分表上，即 可读出不同温度下的膨胀 量。
材料热膨胀系数
自制立式膨胀仪
材料热膨胀系数
十九世纪到现在，人们创造了许多测定方法。上世纪60年代出现了 激光法，出现了用计算机控制或记录处理测定数据的测量仪器。
测定无机非金属材料热膨胀系数常用：千分表法、热机 械法（光学法、电磁感应法）、体积法 等。
它们的共同点都是试样在加热炉中受热膨胀，通过顶杆 将膨胀传递到检测系统。不同之处在于检测系统。
自制立式膨胀仪（智能型）
材料热膨胀系数
卧式膨胀仪
材料热膨胀系数
四．示差法的测定原理（石英膨胀仪）
图43-3 示差法测定材料膨胀系数的装置 １— 测温热电偶；２—膨胀仪电炉；３—电热丝；４—电流表；５—调压器；
６—电炉铁壳；７—铜柱电炉芯；８—待测试棒；９—石英玻璃棒； １０—石英玻璃管；１１—遮热板；１２—铁制支承架；１３—千分表；
材料热膨胀系数
千分表法是用千分表直接测量试样的伸长量。
光学热机械法是通过顶杆的伸长量来推动光学系统内的反 射镜转动经光学放大系统而使光点在影屏上移动来测定试样的 伸长量。
材料的热膨胀PPT课件
αl /10-6 K-1 24.9 9.2 10.60 16.7 17.1 17.18 5.19 0~2 10.5 ~ 12 18.5 ~ 21 6.95 8.8 4.7 2.7 0.5
温度范围
303 ~ 573 153 ~ 1133 523 ~ 753 303 ~ 1123 693 ~ 1263
373 1573 293 ~ 373 273 ~ 473 293 ~ 573 273 ~ 373 273 ~1273 273 ~1273 273 ~1273 273 ~1273
膨胀系数，可以使制品的力学强度得以提高。
最新课件
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一级相变：体积突变，有相变潜热。
直接用热膨胀实验分析
二级相变：无体积突变和相变潜热； 但膨胀系数和比热容有突变。
用热膨胀实验可以研究二级相变
最新课件
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二级相变
同素异构体转变
Fe：α相 β相
有序—无序转变
Cu-Au合金
温度变化时发生的晶型转变
最新课件
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化学成分的影响
αl Cu – Au合金 膨胀系数
材料学院A306室最新课件
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德国耐驰 DIL402C热膨胀仪
一、技术参数： 1. 升降温速率：0-50 K/min 2. 测量范围：500／5000 μm 3. 样品长度：最大 50 mm 样品直径：最大 12 mm 4. ΔL 分辨率：0.125 nm / 1.25 nm 5. 样品支架：石英支架（< 1100℃），氧化铝支架（< 1700℃），
平均线膨胀系数
l
1 l0
l t
t1
微分线膨胀系数
t
1 lt
dl dt
t t
高分子材料的膨胀与导热性能PPT课件
精选PPT课件
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阻燃剂：
阻燃剂是用于提高材料抗燃性，即阻止材料被引燃及抑制火 焰传播的助剂。
分类： ➢按阻燃剂与被阻燃基材的关系，阻燃剂可分为添加型及反 应型两大类。前者与基材的其他组分不发生化学反映，只是 以物理方式分散于基材中，多用于热塑性高分子材料。后者 或者为高分子材料的单体，或者作为辅助试剂而参与合成高 分子材料的化学反应，最后成为高分子材料的结构单元，多 用于热固性高分子材料。 ➢按阻燃元素种类，阻燃剂常分为卤系、有机磷系及卤-磷系 、氮系、磷-氮系、锑系、铝-镁系、无机磷系、硼系、钼系 等。
氧指数是在规定的条件下，试样在氧气和氮气的混合气流中 维持稳定燃烧所需的最低氧气浓度，用混合气流中氧所占的 体积百分数表示。
氧指数 ≤ 26，是易燃材料； 氧指数26~32，是难燃材料，具有自熄性； 氧指数 > 32，是高难燃材料
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改善材料阻燃性的方法：
为了提高高分子材料的阻燃性，必须引入含阻燃元素 材料，主要途径有两条: 一是以添加剂的方式加入含氯、溴、磷、锑等元素的 有机化合物，以制得添加型或反应型阻燃材料; 二是在分子链上直接引入上述阻燃元素，以得到结构 型阻燃材料。还可以与阻燃性好的聚合物共混制得阻 燃合金，以及添加无机导热材料等。
分子结构：分子结构无序或不易形成结晶的聚合物 耐低温性较好
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三、几种耐低温高聚物的结构式及应用：
聚氟乙烯： H H
CC H Fn
聚氟乙烯用于制作防腐蚀涂层，衬里，垫圈，轴 油管涂层和高性能电解槽隔膜。建筑工业用于制作屋 顶和墙面装饰材料。还可用于制作电容器薄膜，抗盐 雾的电气仪表零件涂层，农用膜，喷雾器涂层及各种 食品包装容器表面涂层。