热导率与电导率的关系.ppt

* 魏德曼－弗兰兹定律： 热导率与电导率的关系 在室温时，金属的热导率和电导率的比值是一个常数，不随金属不同而改变。 洛伦兹（Lorentz）加以推广： Wiedemann Franz (洛伦兹常数) T：绝对温度 * 在较高温度下，电导率较高的金属，L为常数： 在较低温度下，电导率较低的金属，L为变数： * 影响热导率的因素 1.温度的影响 在德拜温度以上： 在德拜温度以下： ?：通常为负的常数 ?0：绝对零度时的热导率 T：绝对温度 ?：常数 T：绝对温度 * * 2. 显微结构的影响 （1）结晶构造的影响 声子传导与晶格振动的非谐性有关。晶体结构愈复杂，晶格振动的非谐性程度愈大。格波受到的散射愈大，因此，声子平均自由程较小，热导率较低。 如：镁铝尖晶石的热导率比Al2O3和MgO的热导率都低，莫来石的结构更复杂，其热导率比尖晶石还低得多。 （2）各向异性晶体的热导率 非等轴晶系的晶体热导率呈各向异性。 温度升高时，不同方向的热导率差异减小。因为温度升高，晶体结构的对称性提高。 * （3）多晶体与单晶体的热导率 对于同一种物质，多晶体的热导率总是比单晶体小。 因为多晶体中，晶粒尺寸小，晶界多，缺陷多，晶界处杂质也多，声子更易受到散射，其平均自由程要小得多，所以热导率小。 温度愈高，差异愈大： 晶界、缺陷、杂质在高温时对声子的阻碍作用更强； 单晶的光子传导在高温时更明显。 * （4）非晶体的热导率 非晶体具有“近程有序，长程无序”的结构。 其声子平均自由程在不同温度上基本为常数，其值近似等于几个晶格的间距。 * 3. 化学组成的影响 构成晶体的质点的大小、性质不同，其晶格振动状态不同，导致其热导率不同。 一般而言，质点的原子量愈小，密度愈小，杨氏模量愈大，德拜温度愈高，则热导率愈大。 因此，轻元素的固体和结合能高的固体热 导率较大。 如：?金刚石=1.7?10-2 W/(m ?K) ?Si=1.0?10-2 W/(m ?K) ?Ge=0.5?10-2 W/(m ?K) * 固溶体的形成同样降低热导率。 在连续固溶体中，合金成分离纯金属愈远，导热率下降愈多。 * 4. 复相材料的热导率 分散相均匀地分散在连续相中： ?c：连续相热导率 ?d：分散相热导率 Vd：分散相体积分数 * 5.气孔的影响 将气孔看作分散相： ?s：固相的热导率 p：气孔的体积分数 在不改变结构状态的情况下，气孔率增大，总是使?降低。 多孔、泡沫硅酸盐、纤维制品、粉末和空心球状轻质陶瓷制品的保温原理。 * 热导率的测定 1.稳态测试 （1）直接法 P：电功率 L：试样长度 S：试样截面积 T2、T1：温度 C：比热容 G：水流量 t1、t2：入水、出水温度 * （2）比较法 x：从热端算起的等温点的距离 稳态测试热导率的关键问题是如何防止热损失。 对于金属，也可以采用测定样品的电导率来估计 其热导率，精度约为10%。 采用动态测试方法。 将一热导率已知的材料做成一标样，待测试样做成与标样完全一样，同时将它们一端加热到一定温度，然后测出标样和待测试样上温度相同点的位置x，则热导率可按下式计算： * 2.动态测试 测量试样温度随时间的变化率，从而直接得到导温系数，在已知材料比热容后，算出热导率。 L：试样厚度 ：试样背面温度达到其最大 值一半时所需要的时间。 （激光热导仪法） * 激光热导仪法测热导率较稳态法快，试样简单，高温难熔金属及粉末冶金材料都可测试。由于加热时间极短，往往热损失可以忽略，精度可达?3%。 对所用电子设备要求较高；当热损失不可忽略时，误差较大。 * 无机材料的热稳定性 热稳定性是指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力，又称为抗热震性。 （请自学相关内容）