第一章-材料的熱學(xué)性能.ppt

1、材料物理與性能,主講教師：馬金福 聯(lián)系電話電子郵件： 辦公地點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)樓503室,2,General Characters of Materials,3,本書主要內(nèi)容,材料的幾類主要性能： 熱學(xué)性能 力學(xué)性能 電性能 磁性 學(xué)習(xí)目的： 了解材料的各類性能； 學(xué)習(xí)一些材料性能的表征及測試方法； 加深理解材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。,第一章 材料的熱學(xué)性能,1.1 熱學(xué)性能的物理基礎(chǔ) 熱平衡動(dòng)態(tài)平衡 熱平衡：系統(tǒng)內(nèi)無隔熱壁時(shí)系統(tǒng)溫度處處相等；系統(tǒng)與環(huán)境之間無隔熱壁時(shí)系統(tǒng)與環(huán)境溫度相等。 力平衡無剛性壁時(shí)，無受力不均現(xiàn)象。 相平衡各相之間不隨時(shí)間發(fā)生變化。 化學(xué)平衡化學(xué)組成和物質(zhì)數(shù)

2、量不隨時(shí)間變化。,熱力學(xué)相關(guān)定律,熱力學(xué)第一定律能量守恒，只說明了功、熱 轉(zhuǎn)化的數(shù)量關(guān)系； 熱力學(xué)第二定律過程的方向性 熱力學(xué)第三定律規(guī)定熵 完美晶體含義：完美晶體是指晶格中排列的粒子(分子,原子或離子)只以一種方式整齊排列,沒有缺陷或錯(cuò)位,是理想的單晶。玻璃態(tài)的固體、固溶體以及復(fù)晶等都不是。,系統(tǒng)的自由能,定義：G=H-TS 物理意義：等T、P，除體積變化所做的功外，從系統(tǒng)所能獲得的最大功。如果發(fā)生的是不可逆過程，反應(yīng)總是朝著吉布斯自由能減小的方向進(jìn)行。 麥克斯韋方程表明溫度一定時(shí)，H隨體積的增大而增加。 在低溫時(shí)，TS項(xiàng)的貢獻(xiàn)很小，所以吉布斯自由能在低溫下主要取決于H 。因此原子排列疏松的

3、結(jié)構(gòu)的自由能大于原子排列密集結(jié)構(gòu)的自由能，也就是說，在低溫下，相比較而言，密排結(jié)構(gòu)屬于穩(wěn)定相。 相反，在高溫時(shí)，TS貢獻(xiàn)趨于很大，此時(shí)系統(tǒng)的吉布斯自由能主要取決于TS，由于原子排列疏松的結(jié)構(gòu)的熵大于密排結(jié)構(gòu)的熵，因此，在高溫下，原子排列疏松的結(jié)構(gòu)的自由能小，相對原子密排結(jié)構(gòu)而言屬于穩(wěn)定相。,1.1.4 熱性能的物理本質(zhì),熱性能的物理本質(zhì)晶格熱振動(dòng) 牛頓第二定律簡諧振動(dòng)方程：,溫度，動(dòng)能頻率、振幅,各質(zhì)點(diǎn)熱運(yùn)動(dòng)時(shí)動(dòng)能的總和，就是該物體的熱量，即,1.2 材料的熱容,熱容（Heat capacity）：一定量的物質(zhì)在一定條件下溫度升高1度所需要 的熱， 是用以衡量物質(zhì)所包含的熱量的物理 量，用符號(hào)

4、C 表示，單位是JK-1。 摩爾熱容： 1摩爾物質(zhì)的熱容，用Cm表示，單位是Jmol-1K-1。 比熱容： 1千克物質(zhì)的熱容，用c表示，單位是Jkg-1K-1。 定壓熱容和定容熱容： 等壓條件下的熱容稱定壓熱容，用符號(hào)Cp表示； 等容條件下的熱容稱定容熱容，用符號(hào)CV表示。 對于固體和液體來說，Cp和CV近似相等，但是在要求較高的計(jì)算中不能忽略。 對于理想氣體來說，Cp,m CV,m = R，其中R是理想氣體常數(shù),熱容的經(jīng)驗(yàn)定律和經(jīng)典理論,1. 杜隆-珀替定律： 19世紀(jì)，杜隆-珀替將氣體分子的熱容理論直接應(yīng)用于固體,從而提出了杜隆珀替定律（元素的熱容定律）：恒壓下元素的原子熱容為 。實(shí)際上，

5、大部分元素的原子熱容都接近該值，特別在高溫時(shí)符合的更好。但輕元素的原子熱容需改用表中的值。,2. 柯普定律： 化合物分子熱容等于構(gòu)成該化合物各元素原子熱容之和，即 式中： 為化合物中元素i 的原子數(shù)， 為元素i的摩爾熱容。,用途： 根據(jù)杜隆珀替定律可以從比熱推算未知物質(zhì)的原子量，而根據(jù)柯普定律可得到原子熱即摩爾熱容并進(jìn)一步推算化合物的分子熱。 杜隆珀替定律在高溫時(shí)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果很吻合。但在低溫時(shí)，CV 的實(shí)驗(yàn)值并不是一個(gè)恒量，它隨溫度降低而減小，在接近絕對零度時(shí)，熱容值按T3的規(guī)律趨于零。對于低溫下熱容減小的現(xiàn)象無法用經(jīng)典理論很好的進(jìn)行解釋，需要用量子理論來解釋。,熱容的量子理論 普朗克基本觀點(diǎn)：

6、質(zhì)點(diǎn)的熱振動(dòng)大小不定，即動(dòng)能大小不是定值，但能量是量子化的。 簡化模型：,愛因斯坦量子熱容模型 德拜比熱模型,熱容的量子理論,1)愛因斯坦熱容模型： 基本觀點(diǎn)：愛因斯坦（Einstein）量子熱容理論考慮到晶體中原子熱振動(dòng)受晶體點(diǎn)陣的束縛，認(rèn)為：晶體中每個(gè)原子或離子都在其格點(diǎn)作振動(dòng)，各個(gè)原子的振動(dòng)是獨(dú)立而互不依賴的；每個(gè)原子都具有相同的周圍環(huán)境，因而起振動(dòng)頻率都是相同的；原子振動(dòng)的能量是不連續(xù)的、量子化的。 結(jié)論： 高溫時(shí)，Cv=3R，與杜隆-珀替公式相一致。 低溫時(shí)，Cv隨T變化的趨勢和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符，但是比實(shí)驗(yàn)更快的趨近于零。 T0K時(shí)，Cv也趨近于0，和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。,思考: 導(dǎo)致低溫情況

7、下與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有偏差的原因？,熱容的量子理論,2）德拜比熱模型 基本觀點(diǎn)：晶體中原子具有相互作用，晶體近似為連續(xù)介質(zhì)。 由于晶格中對熱容的主要貢獻(xiàn)是彈性波的振動(dòng)，也就是波長較長的聲頻支在低溫下的振動(dòng)占主導(dǎo)地位。由于聲頻波的波長遠(yuǎn)大于晶體的晶格常數(shù)，可以把晶體近似看成連續(xù)介質(zhì)。所以聲頻支的振動(dòng)也近似地可以看作是連續(xù)的，具有從0到max的譜帶。高于max不在聲頻支而在光頻支范圍，對熱容貢獻(xiàn)很小，可以忽略不計(jì)。由分子密度及聲速?zèng)Q定。,結(jié)論： 溫度較高時(shí)，即T D時(shí)，Cv=3R，即杜隆-珀替定律。 溫度較低時(shí)，即TD時(shí)，Cv與T3成正比并隨T0而趨于0.溫度越低，與實(shí)驗(yàn)值越吻合。 彌補(bǔ)了愛因斯坦量子熱容

8、模型的不足，但不能解釋超導(dǎo)等復(fù)雜問題（因?yàn)榫w不是連續(xù)體）。,材料的熱容,不同溫度下某些陶瓷材料的熱容,絕大多數(shù)氧化物、碳化物的熱容都從低溫時(shí)的一個(gè)低值增加到1273K左右的近似于3R，并保持不變。,材料的熱容,1.無機(jī)材料的熱容 無機(jī)材料的熱容與材料結(jié)構(gòu)關(guān)系不大 氣孔率的影響：多孔材料因質(zhì)量輕，熱容小，所需的熱量要小于耐熱材料。加熱窯多用硅藻土，泡沫剛玉等。 固體材料熱容Cp與溫度T的關(guān)系可有實(shí)驗(yàn)測定，也可由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 式中： Cp的單位為4.18 J/(K.mol),實(shí)驗(yàn)證明，在較高溫度下（573以上）固體的摩爾熱容大約等于構(gòu)成該化合物的各元素原子熱容的總和 式中：ni為化合物中元素的原

9、子數(shù)，Ci為化合物中元素i的摩爾熱容。 對于計(jì)算大多數(shù)氧化物和硅酸鹽化合物在573以上的熱容有較好的結(jié)果。同樣，對于多相復(fù)合材料也有如下的計(jì)算式 式中：gi為材料中第i種組成的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，Ci為材料中第i種組成的比熱容。,材料的熱容,2.金屬和合金的熱容 1） 金屬的熱容 區(qū) CVT 區(qū) CVT3 區(qū) CV3R 對于金屬：其載流子主要是聲子和電子。低溫時(shí)有：,和為熱容系數(shù)，由低溫?zé)崛輰?shí)驗(yàn)測得。,關(guān)于金屬熱容的說明：,一般情況下，常溫時(shí)點(diǎn)陣振動(dòng)貢獻(xiàn)的熱容遠(yuǎn)大于電子熱容，只有在溫度極低或極高時(shí)，電子熱容才不能被忽略。 對于過渡族金屬，由于s層、d層、f層電子都會(huì)參與振動(dòng)，對熱容作出貢獻(xiàn)，也就是說過

10、渡族金屬的電子熱容貢獻(xiàn)較大，因此，過渡族金屬的定容熱容遠(yuǎn)大于簡單金屬。,2） 合金的熱容,合金的摩爾熱容可以由組元的摩爾熱容按比例相加而得，即 式中：X1， X2，, Xn分別是組元所占的原子分?jǐn)?shù)， C1， C2，, Cn分別為各組元的摩爾熱容，這就稱為紐曼柯普定律。 說明： 定律的普適性 熱處理對于合金在高溫下的熱容沒有明顯的影響,3）組織轉(zhuǎn)變對熱容的影響,對于一級(jí)相變：在相變點(diǎn)，熱容發(fā)生突變，熱容為無限大 對于二級(jí)相變：比熱也有變化，但為有限值,1.3 材料的熱膨脹,1. 膨脹系數(shù) 1）概念：用來描述溫度變化時(shí)材料發(fā)生膨脹或收縮程度的物理量。 假設(shè)物體原來的長度為，溫度升高后長度的增加量為

11、，實(shí)驗(yàn)得出 式中：l為線膨脹系數(shù)，即溫度升高1K時(shí)，物體的相對伸長量。同理，物體體積隨溫度的增加可表示為 式中： V為體膨脹系數(shù)，相當(dāng)于溫度升高1K時(shí)物體體積相對增長值。,如果物體是立方體，有 對于各向異性的晶體，各晶軸方向的線膨脹系數(shù)不同，假設(shè)分別為a, 、b、c，則 材料的熱膨脹系數(shù)大小直接與熱穩(wěn)定性有關(guān)。一般愈小，材料熱穩(wěn)定性愈好。例如Si3N4的=2.710-6K-1，在陶瓷材料中是偏低的，因此熱穩(wěn)定性也好。,1.3 材料的熱膨脹,2.熱膨脹本質(zhì) 1）唯象解釋：熱膨脹的本質(zhì)為點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中的質(zhì)點(diǎn)間平均距離隨溫度的升高而增大。 在質(zhì)點(diǎn)平衡位置r0兩側(cè)： rr0 斜率小，引力隨位移增加慢。 因

12、此，在一定溫度下，平衡位置不在ro處，而是向右偏移，溫度高，則偏移大；導(dǎo)致宏觀上晶體膨脹。,Curve,勢能一原子間距離曲線,熱膨脹現(xiàn)象解釋,1.3 材料的熱膨脹,3.熱膨脹與性能的關(guān)系 1）熱膨脹與結(jié)合能、熔點(diǎn)的關(guān)系： 質(zhì)點(diǎn)間的結(jié)合力越強(qiáng)，熱膨脹系數(shù)越小，熔點(diǎn)越高。金屬和無機(jī)非金屬材料的線膨脹系數(shù)較?。痪酆衔锊牧蟿t較大。 2）熱膨脹與溫度、熱容的關(guān)系,平衡位置隨溫度的變化,鍵強(qiáng)與熱膨脹,溫度T越低，tan越小，則越小，反之，溫度T越高，則越大。 熱膨脹系數(shù)與熱容密切相關(guān)并有著相似的規(guī)律。,1.4 材料的導(dǎo)熱性,1.熱傳導(dǎo)宏觀規(guī)律 傅里葉定律 熱傳導(dǎo)：一塊材料溫度不均勻或兩個(gè)溫度不同的物體相互

13、接觸，熱量便會(huì)自動(dòng)的從高溫度區(qū)向低溫度區(qū)傳播。,1.4 材料的導(dǎo)熱性,2 導(dǎo)熱的微觀機(jī)制 固體中的導(dǎo)熱主要靠晶格振動(dòng)的格波（聲子）和自由電子的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)：,:聲子熱導(dǎo)率，r：電子（光子）的熱導(dǎo)率 除金屬外，一般固體特別是離子或共價(jià)鍵晶體中自由電子很少。,聲子和聲子傳導(dǎo),把聲頻支格波看成是一種彈性波，類似于在固體中傳播的聲波。因此，就把聲頻波的量子稱為聲子。 熱傳導(dǎo)是聲子-質(zhì)點(diǎn)的碰撞，熱阻是聲子-聲子的碰撞。 固體（聲子）熱導(dǎo)率的普適性公式（聲子的速度與角頻率無關(guān)） ：,熱容C和平均自由程l都是振動(dòng)頻率v的函數(shù) 熱導(dǎo)率的大小主要取決于C和l,光子熱導(dǎo),固體中分子、原子和電子的振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

14、的改變會(huì)輻射出頻率較高的電磁波，頻譜包括了一定波長的熱射線，其熱傳導(dǎo)方式與光在介質(zhì)中傳播現(xiàn)象類似，也有光的散射、衍射、吸收、反射和折射等，故稱為光子傳導(dǎo)。 熱傳導(dǎo)是聲子-質(zhì)點(diǎn)的碰撞，熱阻是聲子-聲子的碰撞。 固體（光子）熱導(dǎo)率公式（輻射傳熱中，容積熱容相當(dāng)于提高輻射溫度所需的能量）：,熱導(dǎo)率的大小主要取決于平均自由程lr和溫度T。 材料透明度與lr的變化趨勢一致。,純金屬 a) 溫度 對于純銅， 分為三個(gè)區(qū) 區(qū) T增大，增大 區(qū) T增大，不變 區(qū) T增大，減小 鉍，銻金屬熔化時(shí)，熱導(dǎo)率上升一倍，共價(jià)鍵減弱，金屬鍵加強(qiáng)。 b)晶粒大小：晶粒粗大，熱導(dǎo)率高 c)各向異性：立方晶系與晶向無關(guān)，非立方

15、各向?qū)浴?d)雜質(zhì)：強(qiáng)烈影響,影響熱導(dǎo)率的因素,銅合金的性能 Properties of copper alloy,影響熱導(dǎo)率的因素,合金 a) 無序固溶體：濃度增加，熱導(dǎo)率減小，最小值一般在50%處。 b)有序固溶體：熱導(dǎo)率提高，最大值對應(yīng)于有序固溶體的成分。 c)鋼中的合金元素，雜質(zhì)及組織狀態(tài)都影響其熱導(dǎo)率。 奧氏體淬火馬氏體 回火馬氏體珠光體,影響熱導(dǎo)率的因素,無機(jī)非金屬的熱傳導(dǎo)： 1） 傳導(dǎo)機(jī)制：導(dǎo)熱主要靠聲子，還有光子導(dǎo)熱。 2）熱導(dǎo)率的影響因素： a)溫度：單晶 Al2O3 分為四個(gè)溫度區(qū)間 迅速上升區(qū) 極大值區(qū) 迅速下降區(qū) 緩慢下降區(qū) b) 化學(xué)組成： 對于無機(jī)非金屬材料：材料

16、結(jié)構(gòu)相同，相對原子質(zhì)量小，密度小，彈性模量大，德拜溫度越高，熱導(dǎo)率越大。輕元素的固體和結(jié)合能大的固體熱導(dǎo)率大。 對于固溶體：降低熱導(dǎo)率,影響熱導(dǎo)率的因素,c)晶體結(jié)構(gòu)的影響：晶格結(jié)構(gòu)復(fù)雜，則熱導(dǎo)率下降。 d) 非晶熱傳導(dǎo)有其特殊性： 不考慮光子導(dǎo)熱，在所有溫度下，非晶導(dǎo)熱低于晶體； 在較高溫度下熱導(dǎo)率比較接近 非晶熱導(dǎo)隨溫度變化沒有出現(xiàn)極值。,影響熱導(dǎo)率的因素,各種材料的導(dǎo)熱率,金屬材料有很高的熱導(dǎo)率 自由電子在熱傳導(dǎo)中擔(dān)當(dāng)主要角色； 金屬晶體中的晶格缺陷、微結(jié)構(gòu)和制造工藝都對導(dǎo)熱性有影響； 晶格振動(dòng) 無機(jī)陶瓷或其它絕緣材料熱導(dǎo)率較低。 熱傳導(dǎo)依賴于晶格振動(dòng)（聲子）的轉(zhuǎn)播。 高溫處的晶格振動(dòng)較

17、劇烈，再加上電子運(yùn)動(dòng)的貢獻(xiàn)增加，其熱導(dǎo)率隨溫度升高而增大。 半導(dǎo)體材料的熱傳導(dǎo)： 電子與聲子的共同貢獻(xiàn) 低溫時(shí)，聲子是熱能傳導(dǎo)的主要載體。 較高溫度下電子能激發(fā)進(jìn)入導(dǎo)帶，所以導(dǎo)熱性顯著增大。 高分子材料熱導(dǎo)率很低 熱傳導(dǎo)是靠分子鏈節(jié)及鏈段運(yùn)動(dòng)的傳遞，其對能量傳遞的效果較差。,熱導(dǎo)率的測量,穩(wěn)態(tài)法： 理論基礎(chǔ)：傅里葉熱傳導(dǎo)定律 關(guān)鍵因素：控制溫度的穩(wěn)態(tài) 需測量樣品的幾何尺寸,熱導(dǎo)率的測量,非穩(wěn)態(tài)法： 實(shí)驗(yàn)依據(jù)：試樣溫度場隨時(shí)間變化(測出熱端熱波衰減過程的波長和波速就可以得出熱導(dǎo)率） 關(guān)鍵因素： 如何實(shí)現(xiàn)熱量的一維傳播 如何實(shí)現(xiàn)熱端溫度隨時(shí)間按簡諧形式變化的邊界條件 需測量樣品的比熱容和密度,1.

18、5 材料的熱穩(wěn)定性,1. 表征： 熱穩(wěn)定性：材料承受溫度急驟變化而不致破壞的能力.(抗熱震性） 日用瓷器：200K的溫差 火箭噴嘴：瞬時(shí)承受3000-4000K溫差的熱沖擊，同時(shí)還要經(jīng)受高速氣流和化學(xué)腐蝕作用。 熱沖擊損壞類型： 1） 抗熱沖擊斷裂性：抵抗材料發(fā)生瞬時(shí)斷裂的能力 2）抗熱沖擊損傷性：在熱沖擊循環(huán)作用下，材料表面開裂，剝落并不斷發(fā)展，最終失效或斷裂；材料抵抗這類破壞的能力。 紅外窗口的抗壓ZnS，165度保溫1小時(shí)，投入19度的水中，不能有微裂紋； 日用瓷：不斷升溫，投到水中，直至裂紋出現(xiàn)，其前一次溫度來表征其熱穩(wěn)定性 耐火材料：加熱850度，保溫，水中3分鐘或空氣中5-10分鐘

19、，重復(fù)到失重20%為止,1.5 材料的熱穩(wěn)定性,2. 熱應(yīng)力： 熱應(yīng)力：僅由材料熱膨脹或收縮引起的內(nèi)應(yīng)力 可導(dǎo)致：斷裂破壞或者塑性變形 熱應(yīng)力的來源： 1） 因熱脹冷縮受到限制而產(chǎn)生的熱應(yīng)力 當(dāng)這根桿的溫度從T0改變到T1時(shí)，產(chǎn)生的熱應(yīng)力為：,T0,T,T,TT0 時(shí)， 0，桿受拉應(yīng)力,1.5 材料的熱穩(wěn)定性,2） 因溫度梯度而產(chǎn)生的熱應(yīng)力 物體迅速加熱時(shí)，外表面溫度比內(nèi)部高，則外表膨脹比內(nèi)部大，但相鄰的內(nèi)部的材料限制其自由膨脹，因此表面受壓應(yīng)力，而相鄰內(nèi)部材料受拉應(yīng)力。同理，迅速冷卻時(shí)（如淬火），表面受拉應(yīng)力，相鄰內(nèi)部材料受壓縮應(yīng)力。 3） 多相復(fù)合材料因各向膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的熱應(yīng)力,A

20、B A B A B,1.5 材料的熱穩(wěn)定性,3. 抗熱沖擊斷裂性能： 1） 第一熱應(yīng)力抵抗因子R： 當(dāng)最大熱應(yīng)力值max f (強(qiáng)度極限），材料就不會(huì)斷裂，材料所能承受的溫差越大，材料的熱穩(wěn)定性就越好。,R：第一熱應(yīng)力因子； ：泊松比；a: 熱膨脹系數(shù)；E：彈性模量,1.5 材料的熱穩(wěn)定性,3.抗熱沖擊斷裂性能： 2） 第二熱應(yīng)力抵抗因子R： 熱穩(wěn)定性除與Tmax相關(guān)外，還與下列因素有關(guān)： a) 材料熱導(dǎo)率： 增加，其熱應(yīng)力小 b) 傳熱的途徑：材料愈薄，愈易達(dá)到溫度均勻 c) 材料表面散熱率：表面熱傳遞系數(shù)h, h越大，其熱穩(wěn)定性越差。 如材料樣品的厚度為rm, 則有畢奧模數(shù),顯然， 大，對

21、熱穩(wěn)定性不利,1.5 材料的熱穩(wěn)定性,3.抗熱沖擊斷裂性能： 2） 第二熱應(yīng)力抵抗因子R： 單位：(J/cm/S) ,如考慮樣品的形狀則有：,S為非平板樣品的形狀因子。 討論：具有高的熱導(dǎo)率, 高的斷裂強(qiáng)度，低的熱膨脹系數(shù)和彈性模E，則具有高熱沖擊斷 裂性能。 3） 第三熱應(yīng)力抵抗因子R （明確最大冷卻速率）,4.抗熱沖擊損傷性 適合于含有微孔的材料、非均質(zhì)的金屬陶瓷。 瞬時(shí)不斷裂的原因是微裂紋被微孔、晶界、金屬相所釘扎。 例如：耐火磚中含有氣孔率時(shí)具有最好的抗熱沖擊損傷性，但氣孔的存在會(huì)降低材料的強(qiáng)度和熱導(dǎo)率，熱應(yīng)力因子減小。,1.5 材料的熱穩(wěn)定性,5.材料熱穩(wěn)定性的測定 陶瓷熱穩(wěn)定性測定

22、方法一般是把試樣加熱到一定的溫度，接著放入適當(dāng)溫度的水中，判定方法為： 根據(jù)試樣出現(xiàn)裂紋或損壞到一定程度時(shí)，所經(jīng)受的熱變換次數(shù)； 經(jīng)過一定的次數(shù)的熱冷變換后機(jī)械強(qiáng)度降低的程度來決定熱穩(wěn)定性； 試樣出現(xiàn)裂紋時(shí)經(jīng)受的熱冷最大溫差來表示試樣的熱穩(wěn)定性，溫差愈大，熱穩(wěn)定性愈好。 玻璃材料穩(wěn)定性測定方法實(shí)驗(yàn)中常將一定數(shù)量的玻璃試樣在立式管狀電爐中加熱，使樣品內(nèi)外的溫度均勻，然后使之驟冷，用放大鏡考察，看試樣不破裂時(shí)所能承受的最大溫差。對相同組成的各塊樣品，最大溫差并不是固定不變的，所以測定一種玻璃的穩(wěn)定性，必須取多個(gè)試樣，并進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)。,1.5 材料的熱穩(wěn)定性,1.6 熱分析技術(shù)的應(yīng)用,ICTA定義：

23、熱分析是在程序控制溫度下，測量物質(zhì)的物理性質(zhì)與溫度關(guān)系的一類技術(shù)。 說明： 程序控制溫度：固定加熱或冷卻速率 物理性質(zhì)：質(zhì)量、溫度、熱焓、尺寸、力學(xué)性能、電學(xué)及磁學(xué)性質(zhì)等。 溫度探測：熱電偶（原理是什么？）,熱分析分類：,熱重測量法（TG） 差熱分析法（DTA） 差示掃描量熱法（DSC）,熱重測量法,測量物質(zhì)的質(zhì)量溫度（m=f（T)） 質(zhì)量而不是重量,TG曲線示意圖,差熱分析,物質(zhì)與參比物之間的溫度差溫度 （TT或t）,DTA示意圖,DTA曲線的幾何要素： (1) 零線：理想狀態(tài)T=0的線，圖中AE； (2) 基線：實(shí)際條件下試樣無熱效應(yīng)時(shí)的曲線部份，圖中AB和DE； (3) 吸熱峰：TSTR

24、 , T0 時(shí)的曲線部份； (5) 起始溫度（Ti）：熱效應(yīng)發(fā)生時(shí)曲線開始偏離基線的溫度； (6) 終止溫度（Tf）：曲線開始回到基線的溫度； (7) 峰頂溫度（TP）：吸、放熱峰的峰形頂部的溫度，該點(diǎn)瞬間 d(T)/dt=0； (8) 峰高：是指內(nèi)插基線與峰頂之間的距離，如CF； (9) 峰面積：是指峰形與內(nèi)插基線所圍面積，如BCDB； (10) 外推起始點(diǎn)：是指峰的起始邊鈄率最大處所作切線與外推基線的交點(diǎn)，如圖中的G點(diǎn)，其對應(yīng)的溫度稱為外推起始溫度（Teo）；根據(jù)ICTA共同試樣的測定結(jié)果，以外推起始溫度（ Teo ）最為接近熱力學(xué)平衡溫度。,DTA曲線中信息： 峰的數(shù)目、位置、方向、高度、寬度和面積等均具有一定的意義?？捎脕磉M(jìn)行定量或定性分析。 DTA的特點(diǎn)： 簡便快捷、重復(fù)性差、分辨率低、熱量定量難。,差示掃描量熱法,加入物質(zhì)與參比物之間的能量差溫度 詳細(xì)定義：在程序控制溫度下，測量輸給物質(zhì)與參比物的功率差與溫度的一種技術(shù)。 分類：根據(jù)所用測量方法的不同 1. 功率補(bǔ)償型DSC 2. 熱流型DSC,基本原理,DTA存在的兩個(gè)缺點(diǎn)： 1）試樣在產(chǎn)生熱效應(yīng)時(shí)，升溫速率是非線性的，從而使校正系數(shù)K值變化，難以進(jìn)行定量