热导率与电导率的关系

在较高温度下，电导率较高的金属，L为常数：
在较低温度下，电导率较低的金属，L为变数：
e p L p
Leabharlann Baidu
T T T
T
1
影响热导率的因素
1.温度的影响
在德拜温度以上：
T 0 (1 T)
在德拜温度以下：
T T3
：通常为负的常数 0：绝对零度时的热导率 T：绝对温度
：常数 T：绝对温度
2
3
2. 显微结构的影响
QL CG(t2 -t1)L S(T2 - T1) S(T2 - T1)
C：比热容
G：水流量 t1、t2：入水、出水温度
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（2）比较法
将一热导率已知的材料做成一标样，待测试样做成与
标样完全一样，同时将它们一端加热到一定温度，然
后测出标样和待测试样上温度相同点的位置x，则热
导率可按下式计算：
（4）非晶体的热导率
非晶体具有“近程有序，长 程无序”的结构。 其声子平均自由程在不同温 度上基本为常数，其值近似 等于几个晶格的间距。
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3. 化学组成的影响
构成晶体的质点的大小、性质不同，其晶格振动状态不 同，导致其热导率不同。 一般而言，质点的原子量愈小，密度愈小，杨氏模量愈 大，德拜温度愈高，则热导率愈大。
因此，轻元素的固体和结合能高的固体热 导率较大。 如：金刚石=1.710-2 W/(m •K)
Si=1.010-2 W/(m •K) Ge=0.510-2 W/(m •K)
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固溶体的形成同样降低热导率。
在连续固溶体中，合金成分离纯金属愈远，导
热率下降愈多。
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4. 复相材料的热导率
分散相均匀地分散在连续相中：
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无机材料的热稳定性
热稳定性是指材料承受温度的急剧变化而不 致破坏的能力，又称为抗热震性。
（请自学相关内容）15
（1）结晶构造的影响
声子传导与晶格振动的非谐性有关。晶体结构愈复 杂，晶格振动的非谐性程度愈大。格波受到的散射 愈大，因此，声子平均自由程较小，热导率较低。
如：镁铝尖晶石的热导率比Al2O3和MgO的热导率都低，莫来
石的结构更复杂，其热导率比尖晶石还低得多。
（2）各向异性晶体的热导率
非等轴晶系的晶体热导率呈各向异性。
温度升高时，不同方向的热导率差异减小。因为温 度升高，晶体结构的对称性提高。
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（3）多晶体与单晶体的热导率
对于同一种物质，多晶体的 热导率总是比单晶体小。
因为多晶体中，晶粒尺寸小， 晶界多，缺陷多，晶界处杂 质也多，声子更易受到散射， 其平均自由程要小得多，所 以热导率小。
温度愈高，差异愈大：晶界、缺陷、杂质在高温时对声 子的阻碍作用更强； 单晶的光子传导在高温时更明显。5
2Q(1
1 2
Vd
)
c (1 Vd ) s (1 p)
s：固相的热导率 p：气孔的体积分数
在不改变结构状态的情况下，气孔率增 大，总是使降低。
多孔、泡沫硅酸盐、纤维制品、粉末和空心球状轻质陶
瓷制品的保温原理。
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热导率的测定
1.稳态测试
（1）直接法
PL
S(T2 - T1)
P：电功率 L：试样长度 S：试样截面积 T2、T1：温度
(1 c )
1 2Vd
d 2c 1
c
d (1 c )
1 Vd
d 2c 1
d c：连续相热导率
d：分散相热导率
Vd：分散相体积分数 9
5.气孔的影响
将气孔看作分散相： pore d 0,
Q c 很大 d
c
1 2Vd 1 Vd
(1 Q) 2Q 1 (1 Q) 2Q 1
c
1 2Q(1 Vd )
标样 待测
x标2 样
x
2 待测
x：从热端算起的等温点的距离
❖ 稳态测试热导率的关键问题是如何防止热损失。
❖ 对于金属，也可以采用测定样品的电导率来估计
其热导率，精度约为10%。
❖ 采用动态测试方法。
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2.动态测试
（激光热导仪法）
测量试样温度随时间的变化率，从
而直接得到导温系数，在已知材料
比热容后，算出热导率。
a
dc
1.37L2 a
2t 1 2
L：试样厚度
t 1 ：试样背面温度达到其最大
2 值一半时所需要的时间。13
激光热导仪法测热导率较稳态法快，试样简单， 高温难熔金属及粉末冶金材料都可测试。由于加 热时间极短，往往热损失可以忽略，精度可达 3%。
对所用电子设备要求较高；当热损失不可忽略时， 误差较大。