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      提高硅碳棒材料熱輸運效率

        對于非金屬晶體,提高硅碳棒材料導熱性能的關鍵在于增大聲子平均自由程,減少由晶格振動引起的聲子散射,從而提高硅碳棒材料熱輸運效率。目前,提高硅碳棒基復合硅碳棒材料導熱性能的手段主要有:1)引入高導熱相,提高硅碳棒基復合硅碳棒材料熱導率;2)優化復合硅碳棒材料基體與增強體之間的界面,減少界面熱阻;3)高溫熱處理促進碳化硅晶粒長大,獲得結晶度更高的導熱相;4)設計導熱通路構筑有效的熱輸運網絡。制備的硅碳棒基復合硅碳棒材料具備優異的熱物理性能,成為潛在的新一代結構一功能一體化先進復合硅碳棒材料。
        本文總結了熱管理用高導熱硅碳棒基復合硅碳棒材料的制備工藝及其熱物理性能相關研究工作,結合目前研究現狀,展望了后續高性能硅碳棒基復合硅碳棒材料的發展方向。引入高導熱相提高熱導率對于硅碳棒基復合硅碳棒材料,微米尺寸的碳化硅熱導率大于納米尺寸的,可添加少量高導熱硅碳棒材料補償由于尺寸效應而導致熱輸運性質的損失,如金剛石粉,熱導率大于1500 W/(mK)z)、中間相瀝青基碳纖維熱導率為500-1000 W/(mK)z8)等。
        目前,對于高導熱硅碳棒材料的劃分尚未形成統一認識認為,隔熱硅碳棒材料的熱導率<1  W/(mK);1一50 W/(mK)的硅碳棒材料導熱性能較差;50200 W/(mK)硅碳棒材料導熱性能較好,高導熱硅碳棒材料熱導率約200400 W/my,超高導熱硅碳棒材料的熱導率>400 W/(mK);但認為熱導率>100 W/(mK)的硅碳棒材料為高導熱硅碳棒材料。高導熱金剛石一硅碳棒基復合硅碳棒材料金剛石(diamond)作為一種碳同素異形體,碳-碳以強共價鍵結合,非諧振動效應較弱,聲子散射的概率較低,德拜溫度較高(約2000℃),在同樣溫度下,具有超高的熱導率(20002200 W/(mK))。
        研究了金剛石含量對于復合硅碳棒材料熱導率的影響,利用原位反應放電等離子燒結技術制備了硅一金剛石一碳化硅復合硅碳棒材料,如圖1所示。結果表明,當金剛石體積分數為60%時,復合硅碳棒材料熱導率最高為392 W/(mK),其他復合硅碳棒材料的熱導率在185320 W/(mK)之間。www.airaffairphoto.com

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