《无机材料物理性能》1

在能源科学技术中的应用
i) 保温材料的优选和保温材料结构的优化设计。
ii) 远红外加热技术，以获得最佳的能量利用率。 iii) 太阳能的利用：要求尽可能多地吸收太阳辐射，
并且要最大限度地抑制集热器本身的热损。
在电子技术和计算机技术中的应用
i) 在超大规模集成电路（容量和密集度迅速增大）中， 要求集成块的基底材料导热性能优良。
自由电子的贡献
CV CVl CVe T 3 T
点阵振动热容 自由电子热容
常温下，自由电子热容微不足道 高温和低温时，电子热容不能够忽略
合金成分的影响
合金的热容是每个组成元素热容与其质量百分比的 乘积之和。
n
C X1C1 X 2C2 X nCn X iCi
无机材料的热容
高于D 时，趋于常数；低于D 时，与 T 3成正比 与材料结构的关系不大 相变时，热容出现了突变 单位体积的热容与气孔率有关
Cp a bT cT 2
不同温度下某些陶瓷材料的热容
相变时，热容出现了突变。
金属材料的热容
➢ 自由电子对热容的贡献 ➢ 合金成分对热容的影响 ➢ 相变时的热容变化
电学、热学、磁学性能 电学、光学性能 电学、热学性能 光学、热学、电学性能
课程内容
➢ 材料的热学、电学、磁学、光学等性能； ➢ 热学、电学、磁学、光学等现象的物理本质； ➢ 热学、电学、磁学、光学等性能的测量； ➢ 材料物理性能的工程意义及从理论上设计材料。
第一章 材料的热学性能
热容 热膨胀 热传导 热稳定性

3N


2

kT

e kT

2

dV
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第三章 无机材料的热学性能
固体或液体：T↑，体积变化小，因此：
C P CV
高温时，固体或液体的Cp与Cv的差别较大！
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第三章 无机材料的热学性能
2、固体的经典热容理论
（1）元素的热容定律——杜隆一珀替定律
恒压下，元素的原子热容为： C
P
25 J /( k mol )
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第三章 无机材料的热学性能
3、简谐振动 简谐振动：物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正 比、方向总是指向平衡位置的回复力作用下的振动 ；或物体的运动参量（位移、速度、加速度）随时 间按正弦或余弦规律变化的振动。
X A co s( 2 t / T )
式中：X为位移；A为振幅，即 质点离开平衡位置时 (x=0) 的最 大位移绝对值；t为时间；T为 (2 简谐振动的周期； t / T ) 为简 谐振动的位相。
彩电等多种电路中广泛应用的大功率管，其底部 的有机绝缘片，为了散热而要求具有良好的热导性。
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第三章 无机材料的热学性能
3.1 热学性能的物理基础
1、热性能的物理本质
升华 热容 晶格热振动 热膨胀 熔化 热稳定性
热传 导
热性能的物理本质:晶格热振动
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第三章 无机材料的热学性能
h
0
2
1
E
低温区：
hv
0
1
kT
C
v
e
kT
2
1
h kT
0
h 0 3R kT
e
低温区域，CV值按指数规律随温度T而变化，而 不是从实验中得出的按T3变化的规律。 忽略了各格波的频率差别，其假设过于简化。

无机材料物理性能实验报告姓名：学号： 班级：08无机非02班实验地点： 材院225 实验日期：2011年6月11日实验目的 : ① 学习水泥胶砂强度的测试方法，以确定水泥强度等级；② 分析影响水泥胶砂强度测试结果的各种因素实验原理：抗折：材料的抗折强度一般采用简支梁法进行测定。

对于均质弹性体，将其试样放在两支点上，然后在两支点间的试样上施加集中载荷时，试样将变形或断裂。

由材料力学简支梁的受力分析可得抗折强度的计算公式：22f 2bh 3PL6bh 2L 2P W M R =∙== (1-1)式中R —抗折强度，MPa ；M —在破坏荷重P 处产生的最大弯矩；W —截面矩量，断面为矩形时W=bh 2/6；P —作用于试体的破坏荷重，kN ；L —抗折夹具两支承圆柱的中心距离，m ；b —试样宽度，m ；h —试样高度，m 。

在水泥胶砂试体抗折强度测试中，两支承圆柱的中心距离L=0.1m ；试样宽度b=0.04m ；试样高度h=0.04m 。

将这些值代人式(1-1)得34P .22bh3PLR 2f ===材料的抗折强度一般采用电动抗折试验机进行测定，其测力原理如图1-2，实物照片如图1-3。

在这种情况下，力矩M 与各量的关系为：M 1=PL l M 2=SL 2 M 3=SA M 4=QB 平衡状态时 M 1=M 2 即P=S·L 2/L 1 M 3=M 4即S=B·Q/A所以B AQL L P 12=抗压：检验抗压强度一般都采用轴心受压的形式。

按定义，其计算公式为：FP R C =(1-3)式中R —抗压强度，MPa ；F —受压面积，m 2；P —作用于试体的破坏荷重，kN 。

实验器材 胶砂搅拌机 振实台(ISO679-1989(E)) 试模(抗折)( 40×40×160mm) 试模(抗压)(100×100×100mm)播料器和金属刮平尺 电动抗折实验机 万能材料实验机实验步骤1试体成型①将试模擦净，四周模板与底板接触面上应涂黄油，紧密装配，防止漏浆。

功能材料是指除强度外还有其他功能的材料。它们 对外界环境具有灵敏的反应能力，即对外界的光、热、电 、磁、压力、气氛等各种刺激，可以有选择性地作出反应 ，从而有许多特定的用途。电子、激光、能源、通讯、生 物等许多新技术的发展都必须有相应的功能材料。可以认 为，没有许多功能材料的出现，就不可能有现代科学技术 的发展。 智能材料：具有环境判断、自我修复等功能的功能材料 传统材料 先进材料
1.1 材料物理性能引论
1.1.1 材料 (概念、分类、特征与应用、重要性)
1.1.2 物理（概念、研究方法、分类）
1.1.3 材料科学与工程 1.1.4 材料物理（定义、研究目的、范围、实验技术） 1.1.5 材料性能（定义、本质、分类、目的、重要性、 研究内容）
10
1.1 引论——材料、物理、性能
(2) 材料的分类
按材料性能来分： 机械性能：高强材料、超硬材料、耐磨材料、韧性材料、 摩擦材料等。 热学性能：耐火材料、绝热材料（保温材料）、传热材料 、防火材料等。 化学性能：耐腐蚀材料、防水材料、吸附材料、离子交换 材料、催化剂载体、胶凝材料等。 光学性能：电光材料、导光材料、透光材料、荧光材料、 发光材料、感光材料、分光材料等。 电学性能：绝缘材料、导电材料、压电材料、铁电材料、 超导材料、半导体材料等。 磁学性能：磁性材料、非磁性材料。 声学性能：隔声材料、吸音材料等。 核物理性能：放射性材料、反应材料等。 生物性能：骨科材料、齿科材料、生物陶瓷等。 复合性能：智能材料、梯度功能材料等。
按状态分，材料可分为单晶、多晶、非晶、准晶和液晶。 从物理化学属性来分，材料可分为无机物材料（金属材 料、无机非金属材料）、有机物材料和不同类型材料所 组成的复合材料。
从应用来看，材料可分为信息材料、能源材料、生物材料 、建筑材料、航空航天材料等。