【正文】 空心部分的導熱系數(shù)為 λ2= W/ m 一維穩(wěn)態(tài)導熱 單層平壁 雙層平壁 復合壁導熱 實例 ? 爐渣混凝土砌塊，結構尺寸如圖。 氣體的導熱系數(shù) ? 氣體的導熱系數(shù)很小，一般為 ~ W/ m一般含有氣孔。 耐火材料、建筑材料的導熱系數(shù) 耐火材料、建筑材料的導熱系數(shù)為 ~ W/ m ? 而合金材料的導熱系數(shù)則相反，一般是隨溫度的升高而增大。主要是由于阻礙了自由電子的擴散。例如銅中添加微量的砷能夠使導熱系數(shù)下降到 140 W/ m 材料 銀 銅 金 鋁 合金鋼 導熱系數(shù) W/ m 金屬的導熱系數(shù) 金屬是良好的導體，常溫下的導熱系數(shù)為 ~420 W/ mK = W/ ms） /（ grad t） ? 量綱：（ J/m2 ? Q=―λgrad t F ? 對于單位面積 ? q=Q/ F =―λgrad t F/ F=―λgrad t ? λ 為導熱系數(shù)。是沿著等溫面法線方向的矢量。 對于平壁 Q=（ λ/S ） Δt F ?Q：通過的熱量 ?λ ：導熱系數(shù) ?Δt ：壁兩側的溫差 ?S：壁厚 ?F：平壁表面 導熱與導電的比較 原因 阻力 機理 速度 導熱 溫度差 熱阻 電子、 聲子 慢 導電 電位差 電阻 電子、離子 快 基本概念 ?溫度場：在某一瞬間物體內(nèi)部所有各點的溫度分布，一般是時間和空間的函數(shù)。而且，所得到的實驗數(shù)據(jù)表明，在該體系中界面的熱傳導性較好。K/W 接觸壓力100kN/m2 接觸壓力10000kN/m2 不銹鋼 銅 鎂 鉛 7~25 1~10 ~ ~ ~ ~ ~ ~ 長纖維強化復合材料的橫向熱傳導系數(shù) 1111f f f fmmcmf f f fmmK K K KfK rh K rhKKK K K KfK rh K rh????? ? ? ? ??????????????? ? ? ? ?????????Ti7Al4V/30%SiC長纖維復合材料中，伴隨與纖維垂直方向上的熱流引起的溫度變化的熱傳導系數(shù)的比 強化相為球形顆粒，且其體積分數(shù) f 較小 2 1 2 21 2 2p p p pmmcmp p p pmmK K K KfK rh K rhKKK K K KfK rh K rh????? ? ? ? ??????????????? ? ? ? ?????????兩種顆粒強化復合材料的熱傳導系數(shù)比隨溫度的變化。 ? 原因： ? 熱流線收縮至局部接觸處；界面間隙處的熱輻射等。但是，實際上，無論兩個面接合多么緊密，由于表面的不平，在接觸面上只有點接觸。這樣的熱阻特性，可以由界面熱導系數(shù) h （ Wm2K1）來描述。但是，實際上在界面附近存在有由孔隙及裂紋構成的界面層，所以使其熱特性下降。所以，鋁合金對于熱變形的抗力，加入碳化硅時能夠得到改善，而加入氮化硼時的效果較小。圖中陰影部分表示 Al/SiC與Al/BN復合材料中 K與 α 組合的期待值。 ? ?? ?2 ( 1 ) / 2m f mcmm f mK K K fKKK f K K???? ? ?碳化硅與氮化硼強化的鋁基復合材料的熱膨脹與熱傳導系數(shù)。例如在預測包含絕熱纖維的復合材料的熱傳導系數(shù)時，即使是纖維的含有量很低，其熱傳導系數(shù)也會為 0。實際上，上式是表示熱傳導系數(shù)的下限值。 這樣所得到的橫向的 熱傳導系數(shù)，與力學性能中橫向的彈性模量的形式類似。 而且，復合材料的溫度梯度，可以由各相的溫度梯度的加權平均值來表示。 這樣的表示對軸向的熱傳導是十分適用的。 可以用熱傳導系數(shù)與溫度梯度來表示。關于長纖維復合材料的熱傳導，可以適用板層模型。 ? 復合材料的熱傳導系數(shù)，可以是以等溫條件下通過構成復合材料的原材料的熱流的假定為基礎而表示。但是，這樣的形狀會受到原子的存在及電子的分散等因素的影響而下降。還有關于瀝青系的碳纖維等具有高的熱傳導性的材料的報道。聲子的平均自由程與物質的結構有關，受結構完整性與粒子尺寸很大的影響。 13K cv??13K c v ??λ自由程 v平均速度 C移動介質單位體積的比熱 一般規(guī)律 ? 移動介質的平均速度，在任何介質的情況下都對溫度不敏感。這兩種介質是由能量交換的沖突而產(chǎn)生。這是由于當有溫差時液體與氣體會產(chǎn)生對流現(xiàn)象 。 ? 應用的廣泛性 導 熱 ? 導熱（又稱為熱傳導）是指物體內(nèi)部溫度不均勻或溫度不同的物體相互接觸時，由于物體內(nèi)部的微觀粒子、分子或原子直接交換能量，而實現(xiàn)從高溫向低溫的熱能轉移過程。 ? 對熱傳導性的研究不僅是纖維與基體，而且必須預先對復合材料的熱傳導性有所考慮，對適用于使用目的的熱條件相對應的熱性能進行研究。 熱傳導 ? 通過得到優(yōu)異的熱傳導性，能夠改善材料的熱沖擊性，使材料的性能提高。而且 ZrO 2顆粒的加入可以使斷裂韌性提高，因此不僅使耐熱沖擊斷裂性增大，而且也使耐熱沖擊損傷性增大。 由材料的復合提高耐熱沖擊性 ? ZrO2顆粒的分散也能有效地提高耐熱沖擊性。 由材料的復合提高耐熱沖擊性 ? 還有一種使材料的彈性模量下降的方法，是使材料內(nèi)部發(fā)生微裂紋。 BN具有小的 α c、 Ec，高的 κc，因此對于提高耐熱沖擊斷裂性是有效的。 由材料的復合提高耐熱沖擊性 Al2O3/SiC復合材料中 臨界溫度差與熱傳導系數(shù)隨 SiC體積分數(shù)的變化 由材料的復合提高耐熱沖擊性 ? 還有降低彈性模量的方法。 Κ c隨 SiC體積分數(shù)的增加而增大 ， 而 α c則隨 SiC體積分數(shù)的增加而減小 。 ? 一般的方法是通過材料的復合化來控制材料的 α c、Ec、 υ c、 σ cu、 κc等性能 ， 以達到耐熱沖擊斷裂性的指標 。所以要使材料的耐熱沖擊斷裂性與耐熱沖擊損傷性同時提高，往往是是矛盾的。 下圖為對直徑為5mm的 Al2O3棒熱沖擊后殘留強度的測試結果 ， 與前面的分析顯示了相同的傾向 。 殘留強度 在該狀態(tài)下 ， 即使溫度差進一步增加到 d點 ， 裂紋也不再發(fā)生擴展 ， 強度也不發(fā)生下降 （ c→d ） 。 為了從力學的角度說明材料的行為 ， 假定材料中已經(jīng)存在有所示的長度處于A點的裂紋 ， 當溫度差 ΔTc未達到 A點時 ， 裂紋處于穩(wěn)定區(qū)域 ， 不發(fā)生擴展 ， 強度也就沒有下降 （ 相當于圖中的 a→ b） 。 然而對于強度的分析 ， 尚未達到定量的水平階段 。 ? ?ccIccucENGA4213 2????? ? 2/125022811128?????????? ???ccccICcElNGT?? 2/12 ?????????cccICstEGR?裂紋較大時 穩(wěn)定性判據(jù) 熱沖擊參數(shù) ? 熱沖擊參數(shù)隨熱沖擊條件、裂紋的大小而變化 。 由該式求得的 lf與ΔT的關系為圖中的虛線 。 由動態(tài)慣性效果所產(chǎn)生的裂紋長度的增加所發(fā)生的表面能與所釋放的應變能基本相等 。 ? ?? ?? ?? ?? ?? ? ? ?202132130222219116121911612123 llNGNlNlETtcICctccccccc ??????????????????????????????????????????????? ? ? ?? ? 2/10218/213 Nll ccf ?? ??? 在裂紋不穩(wěn)定區(qū)域 ， 由于釋放了裂紋擴展部分表面能以上的能量 ， 其余的能量就成為運動能 。例如，對于存在有大且多的孔洞的耐火磚，可以利用圖中右側的區(qū)域。這樣的在隨著裂紋長度增加時，裂紋在經(jīng)歷了不穩(wěn)定階段后又趨于穩(wěn)定的特征，是熱沖擊中所特有的，與材料在受到一定載荷時裂紋的行為不同。但是當 lCL≤l≤lCR時，裂紋處于不穩(wěn)定狀態(tài)而急劇擴展。圖中的點畫線是考慮 ΔT為一定時的行為。裂紋擴展的條件由 給出。 由熱沖擊引起物體內(nèi)發(fā)生的單位體積的能量 W由彈性應變能與裂紋的表面能組成 ， 它可用下式表示 。 在此基礎上 ， 將材料全體置換為完全固定了承受一定溫度變化 ΔT時應變的無限體 ， 而討論熱沖擊問題 。 特別是受到熱沖擊的物體比較大時 ， 溫度的變化僅僅影響到表層附近很少的部分 。 從而發(fā)生體積膨脹的錯配 。以上討論了 β的兩種極端的情況，對于一般情況，可以用 R與 R’來估計材料抗熱沖擊臨界溫度，