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缺陷浓度下硅碳棒材料的热导率

    硅碳棒热传导的主要载体是声子,在温度高的区域品格振动具有更大的振幅和更多的模式,即声子数更多,这些声子将传递至低温区域,然而声子间存在相互作用,传递过程将发生碰撞,在材料中引入点缺陷,也将影响声子的传递,声子会与缺陷发生碰撞,降低声子寿命.根据声子的玻尔兹曼输运理论,入一云)CvavT(其中C。为对应声子模刀比热容。方向声子模刀的群速度,TN为声子模刀的驰豫时间),品格热导率主要取决于声子的比热容、群速度和寿命(驰豫时间).点缺陷降低了声子寿命,从而使得热导率减小.也就是说引入的点缺陷将增加材料的热阻率(R=1/),我们将点缺陷引起的热阻率增加部分称为额外热阻率(4R、为含有点缺陷材料的热阻率、为不含点缺陷材料的热阻率),显然额外热阻率受到点缺陷浓度的影响,点缺陷的浓度越高,额外热阻率越大,在较小的浓度范围内,可以认为额外热阻率随点缺陷浓度的升高而线性升高.如图4所示,额外热阻率与点缺陷浓度确实呈现较好的线性关系,该结果与Crocombette和Proville3o的结论一致.那么图4中△R-。关系可用以下公式来描述:OR=lc+ORo式中z定义为热阻率系数;4R。为拟合系数,相当于点缺陷浓度为。时的额外热阻率,该值应该为。,事实上,拟合结果发现△R。基本上接近于0.另外应该说明的是,这种△R-。的线性关系仅存在于较低的浓度范围内,对于高的点缺陷浓度,点缺陷之间将存在相互作用,甚至相互反应生成复杂的点缺陷团簇,进而影响点缺陷对声子的散射过程.显然根据(3)式,在确定了某温度下各类型点缺陷的热阻率系数后,可估算低点缺陷浓度下硅碳棒材料的热导率,预测计算的公式为入一(Rperfec+:lzczi)一.(4)式假定了各种类型点缺陷的热阻率系数是相互独立的,显然仅在低点缺陷浓度下成立.另外该预测公式未考虑实际材料中位错、品界、层错和相界等缺陷结构的影响.根据图4中的拟合曲线可得到在温度为600和1500K条件下各种点缺陷的热阻率系数,结果如图5所示.可以看出,空位和间隙型点缺陷引起。www.sdzygw.com

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