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由(yóu)於(yú)在固(gù)體材料中(zhōng)熱傳導機(jī)構(gòu)和(hé)過(guò)程是很復雜(zá)的(dí),對(duì)於熱導率的(dí)定量分析顯得(dé)十分(fēn)困(kùn)難(nán),因(yīn)此下麵對(duì)影(yǐng)響(xiǎng)熱導率的(dí)一些主(zhǔ)要因素進行(háng)定(dìng)性地討(tǎo)論。今(jīn)天(tiān)主(zhǔ)要看一(yī)下溫度對(duì)導熱的影響(xiǎng)
由式(4.1-51)可知,在(zài)以聲子導熱為(wéi)主(zhǔ)的溫(wēn)度區(qū)間(jiān),決(jué)定熱導(dǎo)率(shuài)的(dí)因素有材(cái)料的(dí)熱(rè)容C,聲子的(dí)平(píng)均(jūn)速度v。自由(yóu)程l。其中v通常(cháng)可看(kàn)作(zuò)常(cháng)數(shù),隻有在溫度較(jiào)高時(shí),由(yóu)於介質(zhì)的結(jié)構鬆弛(chí)和(hé)蠕(rú)變,使介質(zhì)的彈性模量迅速下降,才使(shǐ)v減小,如對一些多(duō)晶(jīng)氧化(huà)物(wù)測(cè)得(dé)在溫度(dù)高於(yú)1000~1300K時就出(chū)現(xiàn)這(zhè)一效應。熱(rè)容C與溫度的關係(xì)是已(yǐ)經知(zhī)道(dào)的,在(zài)低(dī)溫(wēn)下它(tā)與(yǔ)T3成比(bǐ)例,在超過德拜(bài)溫(wēn)度以後(hòu)的(dí)較(jiào)高(gāo)溫(wēn)度上趨於一(yī)恒(héng)定值。聲子平均(jūn)自(zì)由程l隨溫度的(dí)變化,類似(sì)於氣(qì)體分子運動中(zhōng)的(dí)情況(kuàng),隨著(zhuó)溫度(dù)升高(gāo)l值(zhí)降低(dī)。實(shí)驗指出,l值(zhí)隨溫(wēn)度(dù)的變化規(guī)律(lǜ)是(shì):低溫(wēn)下(xià)l值的上限為晶(jīng)粒的綫度,高(gāo)溫下l值的下限為晶格間距(jù)。不(bù)同組成的材(cái)料(liào),具體(tǐ)的變(biàn)化(huà)速(sù)率不一,但隨(suí)溫度(dù)升高(gāo)l減小(xiǎo)的(dí)規律一致(zhì)。

圖(tú)4.1-19Al2O3單晶的熱導率(shuài)與(yǔ)溫度的(dí)關(guān)係
圖4.1-19是(shì)氧(yǎng)化鋁的(dí)熱導率(shuài)與溫(wēn)度的(dí)關(guān)係(xì)曲(qū)綫,在很(hěn)低(dī)溫度(dù)時聲子的平均自由程(chéng)l增大到(dào)晶粒(lì)的大小(此(cǐ)時邊界(jiè)效應是主要的(dí)),達(dá)到了上(shàng)限,因(yīn)此(cǐ)l值(zhí)基本(běn)上(shàng)無多大變化,而熱(rè)容(róng)Cv在低(dī)溫(wēn)下與溫(wēn)度的(dí)三(sān)次方成正(zhèng)比,因此λ也近似與T3成比例地(dì)變化(huà)。隨著溫度的(dí)升高(gāo),λ迅速(sù)增大,然而隨著溫(wēn)度繼續升高(gāo),l值要(yào)減小,Cv隨(suí)T的變化也不再與T3成比例,而(ér)要逐漸緩(huǎn)和(hé),並(bìng)在(zài)德(dé)拜溫度(dù)以後,Cv趨(qū)於一(yī)恒(héng)定值,而l值因溫度升高(gāo)而減小,成(chéng)了主要因素,因此λ隨溫(wēn)度(dù)升高(gāo)而(ér)迅速減(jiǎn)小,這(zhè)樣在某個低溫(wēn)處(chǔ)(~40K)λ值出現(xiàn)了(liǎo)*大(dà)值。高溫(wēn)度(dù)後(hòu),由於Cv已(yǐ)基本上無變化,l值(zhí)也(yě)逐漸趨於它(tā)的(dí)下限,所以溫度(dù)的(dí)變化又變(biàn)得緩(huǎn)和了(liǎo)。在(zài)達到(dào)1600K的高(gāo)溫後(hòu)λ值又有(yǒu)少許回(huí)升,這就(jiù)是高溫輻(fú)射(shè)傳(chuán)熱帶來的(dí)影響(xiǎng)。高溫會使(shǐ)金屬的(dí)遷(qiān)移(yí)率(shuài)和熱(rè)導率降低,但是(shì)高溫也將(jiāng)增加電子(zǐ)的能(néng)量,使(shǐ)熱(rè)量得(dé)以通(tōng)過點陣(zhèn)運(yùn)動被傳(chuán)導,故金(jīn)屬的(dí)熱(rè)導率往往先(xiān)隨(suí)溫度(dù)升高(gāo)而降低(dī),保持恒(héng)定或(huò)稍有下降後稍(shāo)許(xǔ)上(shàng)升。

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