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硅碳棒的热导率随温度升高而降低

    硅碳棒材料热量的传输主要依靠晶格振动(声子),单晶硅碳棒的室温热导率约为490W.m,但多晶硅碳棒中具有较多声子散射,包括声子一气孔散射、声子一晶界散射和声子一杂质散射等,所以声子的平均自由程和平均速度较小,使得多晶硅碳棒在室温下的热导率低于单晶硅碳棒的,最大值约270W·m。反应烧结碳化硅可看作Si-SiC复合材料,由于硅的热导率(150W·m低于硅碳棒的,且游离硅和硅碳棒晶界的界面差异导致了更多声子散射,因此反应烧结硅碳棒的热导率随游离硅含量的增加而降低。此外,高温下声子一声子散射作用加剧,因此反应烧结硅碳棒的热导率随温度升高而降低。已有研究表明,提高材料的致密度并降低游离硅含量,可以有效改善反应烧结硅碳棒的导热性能。研究发现硅碳棒含量较高的反应烧结硅碳棒材料具有更高热导率,从室温升高至900℃,反应烧结硅碳棒的热导率显著降低,经1200℃热处理后,反应烧结硅碳棒的常温热导率略大于热处理前的,可能是由于材料中含有部分非晶硅,高温下非晶硅发生相变转换为多晶硅,而晶体硅的热导率大于非晶硅的,因此改善了反应烧结硅碳棒的热学性能。
    目前,材料抗热震性能的主要理论有抗热震断裂理论和抗热震损伤理论。将两者相结合并提出热应力裂纹安定性因子(R.s)为评价材料抗热震性能的重要参数,并指出强度较大且热膨胀系数和弹性模量较小的材料具有更优异的抗热震性能。反应烧结硅碳棒的抗热震性能是其力学性能和热学J胜能的综合体现,并主要受热导率、弹性模量、热膨胀系数和断裂能等因素影响,调控反应烧结硅碳棒的游离硅含量和SiC粒径可以改善其抗热震性能。将反应烧结硅碳棒加热至200-1200℃保温15min后,取出试样并迅速投人20℃水中,之后采用三点弯曲法测量热震前后试样的残余强度。研究认为:游离硅在高温下的塑性变形会阻碍热震裂纹拓展。降低游离硅含量或减小SiC粒径可以提高材料的抗热震断裂性能,而增加游离硅含量或增大SiC粒径可以提高材料的抗热震损伤性能。www.sdzygw.com

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