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第一章热学性能

1、热容

热容是分子或原子热运动的能量随温度而变化的物理量，其定义是物体温度升高

1k所需要增加的能量

2、金属高聚物的热容本质及比较大小

高聚物多为部分结晶或无定形结构，热容不一定符合理论式。大多数高聚物的比

热容在玻璃化温度以下比较小，温度升高至玻璃化转变点时，分子运动单位发生

变化，热运动加剧，热容出现阶梯式变化。高分子材料的比热容由化学结构决定，

温度升高，使链段振动加剧，而高聚物是长链，使之改变运动状态较困难，因而

需提供更多的能量。

一般而言，高聚物的比热容比金属和无机材料大。

3、热膨胀的物理本质

物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀。

材料的热膨胀是由于原子间距增大的结果，而原子间距是指晶格结点上原子振动

的平衡位置间的距离。材料温度一定时，原子振动但平衡位置保持不变，材料不

随温度升高而发生膨胀；而温度升高，振动中心右移，原子间距增大，材料产生

热膨胀。

4、化学键对热膨胀的影响

材料的膨胀系数与化学键强度密切相关。对分子晶体而言，膨胀系数大；而由共

价键相连接的材料，膨胀系数小的多。对于高聚物来说，长链分子中的原子沿链

方向是共价键相连接的，近邻分子间的相互作用是弱的范德华力，因此结晶高聚

物和取向高聚物的热膨胀具有很大的各向异性。

5、从化学键角度比较高聚物的膨胀系数

对于高聚物来说，长链分子中的原子沿链方向是共价键相连接的，近邻分子间的

相互作用是弱的范德华力，因此结晶高聚物和取向高聚物的热膨胀具有很大的各

向异性。

6、热膨胀与熔点、热容的关系

（1）热膨胀与熔点的关系

当固体晶体温度升高至熔点时，原子热运动将突破原子间结合力，使原有的固态

晶体结构被破坏，物体从固态变成液态，所以，固态晶体的膨胀有极限值。因此，

固态晶体的熔点越高，其膨胀系数就越低。

（2）热膨胀与热容的关系

热膨胀是固体材料受热以后晶格振动加剧而引起的容积膨胀，而晶格振动的激化

就是热运动能量的增大，每升高单位温度时能量的增量也就是热容的定义。

7、奥氏体、铁素体、马氏体膨胀系数的比较

A＞F＞Fe3C＞M

8、合金元素对膨胀系数的影响

简单金属与非铁磁性金属组成的单相均匀固溶体的膨胀系数介于两组元膨胀系

数之间，且随溶质原子浓度的变化呈直线式变化；

多相合金的膨胀系数仅取决于组成相的性质和数量，对各相大小、分布及形状不

敏感，介于各组成相膨胀系数之间。

9、金属、无机非金属、高聚物的导热机制

（1）金属中热传导是以自由电子导热为主，合金热传导以自由电子导热和声子

导热为主；金属材料的热导率很大。

（2）对于晶体的无机非金属，热传导主要是靠点阵振动，即声子导热为主，约

为金属热传导的三十分之一。

（3）高聚物的热传导以链段运动传热为主，而高分子链段运动比较困难，所以，

其导热能力较差。

10、金属中缺陷、杂质如何影响热导率，为什么

晶体中存在的各种缺陷和杂质会导致声子的散射，降低声子的平均自由程，使热

导率变小。固溶体的形成同样也降低热导率，而且溶质元素的质量和大小与溶剂

元素相差愈大，取代后结合力改变愈大，则对热导率的影响愈大。

11、固溶体中溶质的含量及性质如何影响热导率

固溶体的形成同样也降低热导率，而且溶质元素的质量和大小与溶剂元素相差愈

大，取代后结合力改变愈大，则对热导率的影响愈大。

12、抗热冲击断裂

抗热冲击断裂：材料发生瞬时断裂，抵抗这类破坏的性能称为抗热冲击断裂性。

13、多相材料产生热应力的原因

材料由多相组成，则不同的相具有不同的膨胀系数，当温度变化时，由于结构中

各相膨缩的量不同而相互牵制产生热应力。

14、提高抗热冲击断裂的措施

①提高材料强度σ，减小弹性模量E，使σ/E提高。

②提高材料的热导率λ，使R提高。

③减小材料的热膨胀系数α。也即产生的热应力小。

④减小表面热传递系数h。

⑤减小产品的有效厚度rm。

15、差热分析法以及对参比物的要求

差热分析法：在程序控制温度下，将被测材料与参比物在相同条件下加热或冷却，

测量试样与参比物之间温差(ΔT)随温度(T)时间(t)的变化关系。

参比物要求：应为热惰性物质，即在整个测试的温度范围内它本身不发生分解、

相变、破坏，也不与被测物质产生化学反应同时参比物的比热容，

热传导系数等应尽量与试样接近。

16、热重分析法

热重