陶瓷材料導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化關(guān)系的實(shí)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(jì)50年代空間技術(shù)的推動(dòng)，以及70年代能源危機(jī)的出現(xiàn)，為滿(mǎn)足能源科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的迫切需要，人們對(duì)熱物性的測(cè)試和研究做了許多工作并取得了重大進(jìn)展。于是一門(mén)以研究和測(cè)試物質(zhì)宏觀(guān)熱物理性質(zhì)，探索宏觀(guān)熱物性與微觀(guān)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(guò)程工作需要的數(shù)量依據(jù)，是對(duì)特定的熱過(guò)程進(jìn)行基礎(chǔ)研究和分析計(jì)算以及從事工程設(shè)計(jì)的基本數(shù)據(jù)。但是對(duì)于非金屬材料，特別是非晶態(tài)材料，由于問(wèn)題的復(fù)雜性，至今還未能精確地進(jìn)行具體的計(jì)算，基本上仍需依靠直接的實(shí)驗(yàn)測(cè)定。因此，長(zhǎng)期以來(lái)熱物性特別是導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)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(guó)熱物性學(xué)的研究始于20世紀(jì)50年代中期。當(dāng)時(shí)少數(shù)高等院校和科研單位開(kāi)展了常溫下導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試方法和裝置的研究。從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，國(guó)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(cè)試方法和裝置，從而使我國(guó)的熱物性研究有了一個(gè)良好的開(kāi)端并初步奠定了基礎(chǔ)。三十多年來(lái)，我國(guó)熱物性學(xué)的研究取得了很大的進(jìn)展，建立了一批能適用于廣闊溫度范圍的、有相當(dāng)水平的各類(lèi)熱物性測(cè)試裝置。今后隨著計(jì)算機(jī)、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(cè)試技術(shù)上越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，使測(cè)試的精度不斷提高，測(cè)試功能不斷擴(kuò)大。試樣尺寸和體積不斷減小，促進(jìn)熱物性測(cè)試技術(shù)向高速化、自動(dòng)化、多功能化方向發(fā)展。近十幾年來(lái)，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(lái)的隔熱保溫節(jié)能技術(shù)，其核心就是用熱物性測(cè)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(duì)工程裝置的保溫層結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化熱設(shè)計(jì)。有人估計(jì)，利用此項(xiàng)保溫技術(shù)將使我國(guó)各類(lèi)窯爐和輸熱管道有可能減少損失15%- 20%，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤幾千萬(wàn)噸。可見(jiàn)，重視熱物性在工程上的應(yīng)用研究，將會(huì)獲得很好的經(jīng)濟(jì)效益。
 

        Sviebeneck和Chyung等根據(jù)聲子對(duì)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(duì)微晶玻璃在不同熱處理?xiàng)l件下的不同的折晶程度，用導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試方法進(jìn)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(shí)的隨溫度升高而增大的趨勢(shì)，變?yōu)榫B(tài)時(shí)的隨溫度升高而下降的趨勢(shì)，從而可以由導(dǎo)溫系數(shù)的數(shù)值和隨溫度變化的趨勢(shì)來(lái)對(duì)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(cè)試方法以及計(jì)算兩相系統(tǒng)導(dǎo)熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)方程，還可對(duì)陶瓷材料內(nèi)品界的狀態(tài)進(jìn)行研究。上海硅酸鹽研究所用激光熱導(dǎo)儀測(cè)定了熱壓氮化硅總的導(dǎo)熱系數(shù)，義用經(jīng)驗(yàn)方程計(jì)算出了晶界在熱處理前后的導(dǎo)熱系數(shù)曲線(xiàn)，并且根據(jù)晶界導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)值和隨溫度變化趨勢(shì)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(guān)察結(jié)果完全吻合。
 

        由于微裂紋對(duì)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(duì)MgTi2O5，等多種陶瓷材料的微裂紋，用導(dǎo)溫系數(shù)的測(cè)試方法進(jìn)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(guò)程中測(cè)定導(dǎo)溫系數(shù)時(shí)將出現(xiàn)回線(xiàn)，從而表明在升溫和降溫過(guò)程中微裂紋將出現(xiàn)部分愈合和擴(kuò)展現(xiàn)象。這樣，我們就可以通過(guò)導(dǎo)溫系數(shù)的測(cè)試觀(guān)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(shí)，由于晶格及其對(duì)稱(chēng)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(xiàn)上出現(xiàn)突變點(diǎn)。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(xiàn)上的突變點(diǎn)所確定的居里溫度與用電學(xué)測(cè)試方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。

        科眾陶瓷是一家專(zhuān)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！