陶瓷材料導熱系數隨溫度變化關系的實例研究

        隨著生產和科學技術的發展，特別是20世紀50年代空間技術的推動，以及70年代能源危機的出現，為滿足能源科學技術迅速發展的迫切需要，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宏觀熱物理性質，探索宏觀熱物性與微觀結構之間規律性聯系的嶄新分支學科——熱物性學就逐漸形成并不斷發展。


 

        熱物性數據，是衡量材料能否適應具體熱過程工作需要的數量依據，是對特定的熱過程進行基礎研究和分析計算以及從事工程設計的基本數據。但是對于非金屬材料，特別是非晶態材料，由于問題的復雜性，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熱系數的測試方法和裝置的研究，在熱物性學中占了很大的比重。
 

        我國熱物性學的研究始于20世紀50年代中期。當時少數高等院校和科研單位開展了常溫下導熱系數測試方法和裝置的研究。從20世紀60年代開始，國內才真正大規模地研究和建立不同溫度范圍導熱系數等測試方法和裝置，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。三十多年來，我國熱物性學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、光聲技術等新技術在熱物性測試技術上越來越廣泛的應用，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向高速化、自動化、多功能化方向發展。近十幾年來，能源科學和材料科學的發展，大大拓展了熱物性學的研究范圍。例如，近年迅速發展起來的隔熱保溫節能技術，其核心就是用熱物性測試方法優選出隔熱性能最好的材料，并利用熱物性數據對工程裝置的保溫層結構進行優化熱設計。有人估計，利用此項保溫技術將使我國各類窯爐和輸熱管道有可能減少損失15%- 20%，節約標準煤幾千萬噸?？梢?，重視熱物性在工程上的應用研究，將會獲得很好的經濟效益。
 

        Sviebeneck和Chyung等根據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，用導熱系數測試方法進行了研究。所得結果表明，隨著玻璃內晶體量的增加，導熱系數和導溫系數在數值上將明顯增加，它隨溫度的變化，也從玻璃態時的隨溫度升高而增大的趨勢，變為晶態時的隨溫度升高而下降的趨勢，從而可以由導溫系數的數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。

 

        利用導熱系數測試方法以及計算兩相系統導熱系數的經驗方程，還可對陶瓷材料內品界的狀態進行研究。上海硅酸鹽研究所用激光熱導儀測定了熱壓氮化硅總的導熱系數，義用經驗方程計算出了晶界在熱處理前后的導熱系數曲線，并且根據晶界導熱系數數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光微區分析和高分辨率電鏡的觀察結果完全吻合。
 

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

        物質發生相變時，由于晶格及其對稱性的變化，將影響聲子的平均自由程，從而影響導熱系數和導溫系數的值，并在其溫度曲線上出現突變點。據此用激光熱導儀研究了鈦酸鉛、偏鈮酸鉛等幾種鐵電陶瓷和鉭酸鋰單晶體的鐵電相交，白這些鐵電體的導溫系數或導熱系數曲線上的突變點所確定的居里溫度與用電學測試方法的實驗結果吻合。

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