材料热导率W

4－2 材料的热性能(thermal performance)
热导率 热物理性能： 比热容 热膨胀 耐热性
热化学性能： 热稳定性
燃烧特性
4－2－1 材料的热学性质(thermal property) 1. 热传递
三种方式：热传导、热辐射、热对流
热传导－基本的传递方式 A 自由电子（金属） B 晶格振动，离子和共价晶体（陶瓷） C 分子传导（高分子、小分子气体、液体）
Cv＝3R fD(θD/T) 德拜比热函数
θD :德拜温度， 材料参数 （简单晶体）
比热（容） =热容/原子量， J· Kg-1· K-1
定义：1Kg质量的固体（或液体）升高（或降低）1C时， 所增加（或减少）的（振动能量）热量 比热容与材料的组成和结构 金属 CP <1 KJ· Kg-1· K-1，热容小，容易加热、容易冷却 自由电子的贡献很小。
无机非金属， 同上，更符合德拜模型
高分子 CP 1.0 ~ 3.0 KJ· Kg-1· K-1， 热容大 不同的运动单元 原子、基团、链段 分子链柔顺性 温度的升高是由于分子间内 摩擦引起 的，柔性链，运动单元小内摩擦小, T上 升慢，热容量大， 高弹态＞玻璃态
比热容 与温度
T＞＞ θD , Cv≈3R
非晶体：原子的振动和转变。
高分子沿主链振动； 链节、链段，转动； 自由体积—运动的空间
2、热膨胀类型(coefficient of thermal expansion) 线膨胀 l =(1/ l )d l /dT 体膨胀 V =(1/ V )d V /dT 影响因素 ① 温度 T升高，增大 ② 结构 键能大，减小 无机材料 小，10-5~10-6 金属 中，1~3×10-5 高分子 大，2.5~25×10-5 取向 交联度 减小 晶格类型、结晶度 柔顺性 刚性 ， 柔性 ，
定义：单位温度梯度下， 单位时间内通过单位垂直 面积上的热量
合金、孔隙 结晶、温度 银最高 427 合金 40 金刚石 30 玻璃 1
= -q/ (d T / d X)
J.s-1 .m-1.K-1 或 W. m-1.K-1 金属 高 自由电子 无机非金属： 中 晶格热振动 高分子 很小，0.1-0.4之间
(E)V Q
dE CV dT V
(H ) P Q
dH CP dT P
等压热容：焓对温度的曲线上的斜率
固体多用CP ，J· mol-1· K-1。Cp>Cv。 绝对零度时 CP= CV=0 RT 相近
固体热容理论 原子的振动--- 晶格的振动 经典理论 谐振子 量子理论 随机振动 德拜模型 晶体中原子的相互作用，弹性波的振动（声波）
4－2 材料的热性能
Thermal Performance of Materials
Thermal-physical properties thermal conductivity heat capacity thermal expension heat resistance Thermal-chemical properties thermal Stability flame retardancy
黄铜
120
375
酚醛树脂（电木）
尼龙-66
0.15
0.24
1650
1670
4-28 有一块面积为0.25m2、厚度为10mm的钢板热导率为
51.9 W/(m*K)，两表面的温度分别为300℃和100℃， 试计算该钢板每小时损失的热量？
Q=λA（T1-T2）/d=51.9*0.25*（300-100）/0.01
CTE
表4-2-2 各种材料的线膨胀系数
材料名称 玻璃 线膨胀系数×105,K-1 0.1~1.0 材料名称 聚苯乙烯 线膨胀系数×105,K1
7
陶瓷
石英玻璃 硬质玻璃 光学玻璃 钢 黄铜 铝 环氧树脂 酚醛树脂（填充木 粉） 脲醛树脂 聚酯树脂 木材（顺纤维方向） 木材（横纤维方向） 碳化天然橡胶
= 259.5 KW
Q=259.5*3600= 934.2 MJ
3、比热容（CP）或CV Specific heat 材料对热量的吸收能力
热容（heat capacity)，将一摩尔材料的温度升高一度所需的能量 （没有相变或化学反应）。单位为 J/mol· K。
体积恒定，所吸收的热量等于内能的增量 等容热容 内能对温度的曲线上的斜率 恒压，所吸收的热量等于焓的增量：
T＜＜ θD ,
Cv＝12Rπ4(T/ θD) 3 /5
来自百度文库
比热容 与相变
DSC——示差扫描量热仪
DTA——差热分析
Tg Cp发生突变
一级相变
二级相变
4-2-2 热膨胀性 （Thermal Expension)
1、热膨胀 材料的体积或长度随温度升高而增大的现象 原因：原子或分子的热运动 晶体：原子在晶格内平衡位置附近振动， T ， 振幅 ，原子平均间距
热流量
q＝－ (d T / d X)
q = A t(T1 - T2)/d
两平面稳态热流量（与时间无关） 式中 A 为平板面积, 为热导率, t 热传导的时间 非稳态： =/CP·
式中为热扩散系数，m2.s-1；
CP为比热容； 为密度
2. 热导率(thermal conductivity)
0.45
0.1 0.3 0.8 1.2 1.9 2.4 6~7 3 2.5~3 8~10 0.2~0.6 3.25~6.2 8
表4-2-1 某些材料的热导率和比热容
材料 铝 铜 金 铁 镍 银 钨 1025钢 316不锈钢 热导 率 W/（ m· k） 247 398 315 80.4 90 428 178 51.9 16.3 比热容 J(kg· k) 900 389 130 448 443 235 142 486 502 硅 氧化铝 氧化镁 尖晶石 钠钙玻璃 聚乙烯 聚丙烯 聚苯乙烯 聚四氟乙烯 材料 热导 率 W/（ m· k） 150 30.1 37.7 15.0 1.7 0.38 0.12 0.13 0.25 比热容 J(kg· k) 775 940 790 840 2100 1880 1360 1050