Теплофизические и термомеханические свойства

04-04-2024

+++Возможности регулирования теплопроводности+++

--- за счет структуры материала на основе нитрида кремния---

В твердых оксидах, так же как в неметаллических нитридах и карбидах, тепло передается преимущественно фононами. Теплопроводность вещества зависит от длины свободного пробега фононов и степени нарушения гармоничности тепловых колебаний атомов в решетке, которая обусловливается в первую очередь различием атомной массы элементов, входящих в ее состав. В связи с этим степень теплопроводности определяют структура вещества, число и вид атомов и ионов, рассеивающих волновые колебания. Кристаллы о более сложным строением решетки, как правило, имеют более низкую теплопроводность, так как степень рассеяния в такой решетке больше, чем в простой. Снижение теплопроводности происходит при образовании твердых растворов, что может быть показано на примере Р и а-сиалонов.В стеклах, характеризующихся разупорядоченным строением, длина пути пробега фонона не превышает межатомного расстояния, и теплопроводность соответственно меньше, чем в керамических материалах, содержащих в большинстве кристаллические фазы, В реальных поликристаллах рассеяние происходит также на дефектах кристаллической решетки; на примесных атомах, на межфазных и межзеренных границах и в порах.

Возможности регулирования теплопроводности за счет структуры материала на основе нитрида кремния характеризуются рядом зависимостей. Наиболее резкое отличие наблюдается для кристаллического нитрида, не содержащего добавок и полученного газофазным осаждением и такого же по составу, но аморфного материала, что определяется разницей в теплопроводности упорядоченной и неупорядоченной структуры.

При получении нитридной керамики основное влияние оказывает вид и количество примесей (пористость, как правило, в инструментальной керамике близка нулю). При введении добавок и соответствующем появлении стеклофазы по границам теплопроводность снижается. В большей степени это происходит при введении А1203, который способен растворяться в решетке Р-нитрида кремния. Образование твердых растворов типа а и р-сиалона в разной степени влияет на снижение теплопроводности. Твердый раствор а, согласно, рассеивает фононы сильнее, чем p-раствор, благодаря образованию растворов внедрения, в то время как Р-сиалон представляет собой раствор замещения.