優(yōu)化硅碳棒燒結(jié)助劑種類及含量
制備高導(dǎo)熱硅碳棒陶瓷時常需添加各種燒結(jié)助劑。其中,燒結(jié)助劑的種類及含量對硅碳棒陶瓷熱導(dǎo)率的影響較大,如A1,0:體系燒結(jié)助劑中的A1或O元素易固溶進硅碳棒晶格,產(chǎn)生空位和缺陷,導(dǎo)致聲子散射頻率增大。此外,若燒結(jié)助劑含量較低,材料難以燒結(jié)致密化,而燒結(jié)助劑含量較高將導(dǎo)致雜質(zhì)和缺陷增多,過量液相燒結(jié)助劑還可能抑制Si C晶粒長大,降低聲子平均自由程。因此,為制備得到高導(dǎo)熱硅碳棒陶瓷,需在滿足其燒結(jié)致密的前提下盡可能減少燒結(jié)助劑含量,且盡量選擇難溶于硅碳棒晶格的燒結(jié)助劑。
下表為添加不同燒結(jié)助劑時硅碳棒陶瓷的熱導(dǎo)率、熱擴散系數(shù)及比熱容。
對硅碳棒陶瓷進行高溫?zé)崽幚?,有利于消除晶格缺陷、位錯和殘余應(yīng)力,促進材料中部分非晶體向晶體的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,減弱聲子散射作用。此外,高溫?zé)崽幚砜捎行Т龠M硅碳棒晶粒生長,最終提升材料的熱學(xué)性能,如硅碳棒陶瓷經(jīng)1950 0C高溫?zé)崽幚砗?,其熱擴散系數(shù)由83.03mm- s增加至89.50mm- s,常溫?zé)釋?dǎo)率由180.94W W·K-增加至192.17W·W·K一y添加鋁、硼和碳等高導(dǎo)熱第二相通過添加鋁、硼和碳等單質(zhì),可以使多孔硅碳棒陶瓷的堆積密度增加,導(dǎo)致孔隙率以及孔徑減小,從而提高其導(dǎo)熱性。高熱導(dǎo)率添加劑提高碳化硅陶瓷熱導(dǎo)率的機理可歸納為:
(1)添加劑具有超高的熱導(dǎo)率;
(2)添加劑具有高的電子遷移率,增加了碳化硅陶瓷基體中自由移動載流子數(shù)量;
(3)添加劑與碳化硅顆粒表面Si0。發(fā)生反應(yīng),降低硅碳棒晶格氧含量和缺陷數(shù)量,改善硅碳棒晶粒間的接觸情況,從而減少硅碳棒晶體中的聲子散射,提高碳化硅陶瓷的熱導(dǎo)率。www.zsrider.com
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