陶瓷材料導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化關(guān)系的實例研究

        隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是20世紀50年代空間技術(shù)的推動，以及70年代能源危機的出現(xiàn)，為滿足能源科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的迫切需要，人們對熱物性的測試和研究做了許多工作并取得了重大進展。于是一門以研究和測試物質(zhì)宏觀熱物理性質(zhì)，探索宏觀熱物性與微觀結(jié)構(gòu)之間規(guī)律性聯(lián)系的嶄新分支學(xué)科——熱物性學(xué)就逐漸形成并不斷發(fā)展。


 

        熱物性數(shù)據(jù)，是衡量材料能否適應(yīng)具體熱過程工作需要的數(shù)量依據(jù)，是對特定的熱過程進行基礎(chǔ)研究和分析計算以及從事工程設(shè)計的基本數(shù)據(jù)。但是對于非金屬材料，特別是非晶態(tài)材料，由于問題的復(fù)雜性，至今還未能精確地進行具體的計算，基本上仍需依靠直接的實驗測定。因此，長期以來熱物性特別是導(dǎo)熱系數(shù)的測試方法和裝置的研究，在熱物性學(xué)中占了很大的比重。
 

        我國熱物性學(xué)的研究始于20世紀50年代中期。當時少數(shù)高等院校和科研單位開展了常溫下導(dǎo)熱系數(shù)測試方法和裝置的研究。從20世紀60年代開始，國內(nèi)才真正大規(guī)模地研究和建立不同溫度范圍導(dǎo)熱系數(shù)等測試方法和裝置，從而使我國的熱物性研究有了一個良好的開端并初步奠定了基礎(chǔ)。三十多年來，我國熱物性學(xué)的研究取得了很大的進展，建立了一批能適用于廣闊溫度范圍的、有相當水平的各類熱物性測試裝置。今后隨著計算機、紅外（包括熱像儀）、激光、微電子技術(shù)、光聲技術(shù)等新技術(shù)在熱物性測試技術(shù)上越來越廣泛的應(yīng)用，使測試的精度不斷提高，測試功能不斷擴大。試樣尺寸和體積不斷減小，促進熱物性測試技術(shù)向高速化、自動化、多功能化方向發(fā)展。近十幾年來，能源科學(xué)和材料科學(xué)的發(fā)展，大大拓展了熱物性學(xué)的研究范圍。例如，近年迅速發(fā)展起來的隔熱保溫節(jié)能技術(shù)，其核心就是用熱物性測試方法優(yōu)選出隔熱性能最好的材料，并利用熱物性數(shù)據(jù)對工程裝置的保溫層結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化熱設(shè)計。有人估計，利用此項保溫技術(shù)將使我國各類窯爐和輸熱管道有可能減少損失15%- 20%，節(jié)約標準煤幾千萬噸。可見，重視熱物性在工程上的應(yīng)用研究，將會獲得很好的經(jīng)濟效益。
 

        Sviebeneck和Chyung等根據(jù)聲子對晶體和非晶體材料的不同散射特性和不同的聲子平均自由程，對微晶玻璃在不同熱處理條件下的不同的折晶程度，用導(dǎo)熱系數(shù)測試方法進行了研究。所得結(jié)果表明，隨著玻璃內(nèi)晶體量的增加，導(dǎo)熱系數(shù)和導(dǎo)溫系數(shù)在數(shù)值上將明顯增加，它隨溫度的變化，也從玻璃態(tài)時的隨溫度升高而增大的趨勢，變?yōu)榫B(tài)時的隨溫度升高而下降的趨勢，從而可以由導(dǎo)溫系數(shù)的數(shù)值和隨溫度變化的趨勢來對玻璃的微晶化程度作定佳囂辜定量的判斷，為確定玻璃晶化的工藝條件提供依據(jù)。

 

        利用導(dǎo)熱系數(shù)測試方法以及計算兩相系統(tǒng)導(dǎo)熱系數(shù)的經(jīng)驗方程，還可對陶瓷材料內(nèi)品界的狀態(tài)進行研究。上海硅酸鹽研究所用激光熱導(dǎo)儀測定了熱壓氮化硅總的導(dǎo)熱系數(shù)，義用經(jīng)驗方程計算出了晶界在熱處理前后的導(dǎo)熱系數(shù)曲線，并且根據(jù)晶界導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)值和隨溫度變化趨勢的改變，定性地判斷出熱壓氮化硅在熱處理后晶界已明顯品化，這與用x光微區(qū)分析和高分辨率電鏡的觀察結(jié)果完全吻合。
 

        由于微裂紋對聲子有很大的散射效應(yīng)，能使導(dǎo)熱系數(shù)和導(dǎo)溫系數(shù)的數(shù)值明顯減小。因此，Sviebeneck和Hasseiman等人對MgTi2O5，等多種陶瓷材料的微裂紋，用導(dǎo)溫系數(shù)的測試方法進行了研究。發(fā)現(xiàn)材料內(nèi)部出現(xiàn)產(chǎn)生微裂紋后，在升溫和降溫過程中測定導(dǎo)溫系數(shù)時將出現(xiàn)回線，從而表明在升溫和降溫過程中微裂紋將出現(xiàn)部分愈合和擴展現(xiàn)象。這樣，我們就可以通過導(dǎo)溫系數(shù)的測試觀察到微裂紋的存在以及它隨溫度的變化。
 

        物質(zhì)發(fā)生相變時，由于晶格及其對稱性的變化，將影響聲子的平均自由程，從而影響導(dǎo)熱系數(shù)和導(dǎo)溫系數(shù)的值，并在其溫度曲線上出現(xiàn)突變點。據(jù)此用激光熱導(dǎo)儀研究了鈦酸鉛、偏鈮酸鉛等幾種鐵電陶瓷和鉭酸鋰單晶體的鐵電相交，白這些鐵電體的導(dǎo)溫系數(shù)或?qū)嵯禂?shù)曲線上的突變點所確定的居里溫度與用電學(xué)測試方法的實驗結(jié)果吻合。

        科眾陶瓷是一家專注陶瓷導(dǎo)熱材料的生產(chǎn)與研發(fā)；主要包括氧化鋯、氧化鋁陶瓷導(dǎo)熱材料！