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鋼襯陶瓷彎頭：缺陷和顯微結(jié)構(gòu)與陶瓷導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系
文章發(fā)布日期：2019-09-08 04:41
缺陷、雜質(zhì)和顯微結(jié)構(gòu)對物質(zhì)和陶瓷材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響很大，這是由介電晶體的聲子導(dǎo)熱機理決定的。
在完全是簡諧晶格振動的理想晶體中，不存在熱阻，聲子的平均自由程和導(dǎo)熱系數(shù)在數(shù)值上是無窮大的。但是，每一種實際晶體的原子排列，總存在著不完整性和不規(guī)則性，即存在各種各樣的缺陷：點缺陷如空位和間隙原子；線缺陷，如位錯；面缺陷，如晶界和相界面等。各類缺陷都是引起聲子散射的中心，因此都會減小聲子平均自由程和導(dǎo)熱系數(shù)。缺陷對總的陶瓷導(dǎo)熱系數(shù)的影響，由與倒逆過程( Umklapp Process)的平均自由程相比較的相對聲子平均自由程決定。為討論方便起見，通常把晶體的缺陷或不完整性按其大小分為原子線度的缺陷（如雜質(zhì)原子和位錯）和較大尺寸的缺陷（如晶界和氣孔）。由小尺寸缺陷散射的聲子平均自由程很難計算，但是可近似地認為它與溫度無關(guān)，而與缺陷濃度有關(guān)。
晶界對導(dǎo)熱系數(shù)的影響，除了表現(xiàn)在它對聲子的散射作用外，還表現(xiàn)在它本身的導(dǎo)熱系數(shù)與晶粒內(nèi)部的導(dǎo)熱系數(shù)的差別上。由于相鄰晶粒的位向不同，晶界的原子排列遠較晶粒內(nèi)部不規(guī)則和疏松，且易于聚集雜質(zhì)，因此導(dǎo)熱系數(shù)比晶粒內(nèi)部低。對于多晶體來說，晶粒內(nèi)部、晶界和氣孔的導(dǎo)熱系數(shù)各不相同，這三者決定了多晶體總的導(dǎo)熱系數(shù)。減小晶界寬度、增大晶粒尺寸以減小晶體中晶界體積的百分比，以及把晶界的非晶態(tài)轉(zhuǎn)化為晶態(tài)，都將使晶體材料總的導(dǎo)熱系數(shù)增大，反之則降低。
Charvat和Kingery的研究也表明，晶界對多晶體導(dǎo)熱系數(shù)的影響決定于晶界的寬度和它的導(dǎo)熱系數(shù)，而晶界寬度與晶界上的雜質(zhì)含量有關(guān)。
非立方結(jié)構(gòu)的多晶陶瓷，由于它的熱膨脹性能有明顯的各向異性，因此通常在晶體中存在著微裂紋，導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)減少。微裂紋的大小及數(shù)量又與晶體的熱力學(xué)有關(guān)，特別是與加熱溫度的高低有關(guān)。要建立顯微結(jié)構(gòu)與導(dǎo)熱系數(shù)之間的定量關(guān)系式是困難的，通常通過測試來確定它對導(dǎo)熱系數(shù)的影響。
除了缺陷和顯微結(jié)構(gòu)以外，對于透明的物質(zhì)或陶瓷材料，測試導(dǎo)熱系數(shù)時所用的試樣的大小，也會對導(dǎo)熱系數(shù)的測試值有很大的影響。為此，測定透明物質(zhì)的熱導(dǎo)試樣，一般都需要做得比較大。這樣，不同研究者在測試同一種透明物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)時，由于所用試樣的尺寸不同，測定的導(dǎo)熱系數(shù)值往往不能很好地吻合。例如，高溫下玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)據(jù)就極不一致。