石墨材料熱導(dǎo)率機(jī)理及測定方法

熱導(dǎo)率為材料試樣在單位溫度梯度下，單位面積在單位時(shí)間內(nèi)傳遞的熱量現(xiàn)代熱傳導(dǎo)理論指出，固體材料的熱傳導(dǎo)是靠晶格的熱振動(dòng)和自由電子的流動(dòng)，對于多數(shù)金屬而言，自由電子流動(dòng)的導(dǎo)熱是主要的。對于許多非金屬材料來說，導(dǎo)熱機(jī)構(gòu)主要是晶格的熱振動(dòng)，石墨材料屬于這一類。在多種非金屬材料中，石墨材料具有較高的熱導(dǎo)率，可與黃銅媲美石墨電極熱導(dǎo)率也是呈各向異性的。以擠壓成型的電極為例，平行于擠壓方向的熱導(dǎo)率比垂直于擠壓方向的熱導(dǎo)率大約高出30％~50％。石墨化使各類石墨質(zhì)材料的熱導(dǎo)率太幅度增加，可為炭質(zhì)材料的20~40倍。石墨電極的熱導(dǎo)率由于使用原料和石墨化程度的不同而差別很大。熱導(dǎo)率隨溫度的升高而減小，大致與絕對溫度的倒數(shù)（T）成正比。測定石墨電極熱導(dǎo)率有多種方法，如穩(wěn)態(tài)熱流法、激光脈沖法。中國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB8722-88）對100~800℃間測定石墨電極的中溫?zé)釋?dǎo)率采用直接通電縱向穩(wěn)態(tài)熱流法，測定裝置見圖3-7。測定原理為圓柱形試樣通過直流電時(shí)，產(chǎn)生的熱量主要沿試樣縱軸向兩端傳導(dǎo)，達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)后，試樣上是一維縱向熱流，對試樣和側(cè)面環(huán)境熱交換給予修正，熱導(dǎo)率計(jì)算公式如下:

式中入熱導(dǎo)率，單位為W/（m·K）；

15—試樣工作區(qū)間平均長度，單位為mm；

T—通入試樣的電流，單位為A；

V-—試樣工作區(qū)間平均電壓降，單位為mV；

d—試樣直徑，單位為mm；

AT—試樣工作區(qū)間中點(diǎn)到兩端點(diǎn)的平均溫度差，單位

為℃；

e—反映試樣側(cè)面熱交換大小的系數(shù)；

N—標(biāo)志試樣和側(cè)面環(huán)境溫度差的函數(shù)。

另一種測定熱導(dǎo)率的方法為激光脈沖法，激光脈沖法是用脈沖激光為熱源，將其射向一定溫度下處于熱絕緣的薄片試樣的一面，使受照面瞬時(shí)升溫，熱量自受熱面向另一面?zhèn)鬟f，由熱電偶或紅外線接收器接收試樣背面溫度的變化，用高速感光紙（或示波器）記錄激光脈沖發(fā)出時(shí)至試樣背面達(dá)到最高溫度時(shí)的時(shí)間-溫度動(dòng)態(tài)曲線，由時(shí)間-溫度動(dòng)態(tài)曲線計(jì)算出試樣在該溫度下的熱擴(kuò)散率，再由測得的熱擴(kuò)散率和該試樣的比熱計(jì)算出熱導(dǎo)率。各類石墨電極的熱導(dǎo)率。

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