陶瓷材料导热系数与气孔率的实验分析

1 实测数据

测试两批试样的导热系数。第一批是烧成到1160℃的熟烧样，其气孔率分别是17. 26%．21. 84%．24. 77%和29. 47%；第二批是烧到950℃的生烧样，其气孔率分别是26. 12%，35. 69%，42. 84%和46. 51%。

2 理论分析

大家知道，在一定的工艺条件下，烧成过程中坯体的导热系数主要是由温度和气孔（多少、大小、形状、取向等）决定：A =f(T，P) 从上面实测的结果看，在气孔率不变的情况下，试样的导热系数随着温度升高而增大。这与Francl和Kingery测定的氧化铝陶瓷曲线不同，其实验结果表明，氧化铝陶瓷（含Al203100%）的导热系数随温度升高而越少。对于一般的陶瓷材料，往往是晶体与非晶体的混合体，尤其是对本实验所测的试样，其Si0-,含量远大于Al203含量。试样中主要由致密交错的Si0。四面体群组成，这种结构具有近程有序、远程无序的特点，因而导热系数随温度升高而增大。

同样能够注意到，在同一温度下，气孔率越大，试样导热系数越少，并且气孔的热传递主要由气孔内气体导热决定。由于气孔中气体主要是依靠气体分子无规则运动传递功能实现传热的，而气体分子间距离远大于液体和固体分子间距离，因此在相同的温度条件下，气体传递的分子动能比液体和固体小得多。从另一方面来说，气孔对声子具有散射作用，使声子

平均自由程减少，因此能明显地降低材料的导热系数，气孔率越大，材料的导热系数越小。

从上述结果还可似看到，烧结到烧结温度气孔率较小的陶瓷其导热系数随温度而呈线性变化，但对于未烧到烧结温度而气孔率较大的陶瓷坯体的导热系数随温度改变而呈抛物线变化。

3 烧成温度和升温速度的影响

从陶瓷工艺知道，对一定配方的坯体，气孔率的变化受到烧成温度和升温速度的影响。在低温阶段，坯体的气孔随着温度的升高而增加。气孔效应对导热系数的影响增大，使得导热系随温度升高而增大的速度减慢；在高温阶段，随着温度的升高，气孔急剧减少，使导热系数增大加快！

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本文“陶瓷材料导热系数与气孔率的实验分析”由科众陶瓷编辑整理，修订时间：2015-05-22 16:58:53
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