石墨材料熱導率機理及測定方法

熱導率為材料試樣在單位溫度梯度下，單位面積在單位時間內傳遞的熱量現代熱傳導理論指出，固體材料的熱傳導是靠晶格的熱振動和自由電子的流動，對于多數金屬而言，自由電子流動的導熱是主要的。對于許多非金屬材料來說，導熱機構主要是晶格的熱振動，石墨材料屬于這一類。在多種非金屬材料中，石墨材料具有較高的熱導率，可與黃銅媲美石墨電極熱導率也是呈各向異性的。以擠壓成型的電極為例，平行于擠壓方向的熱導率比垂直于擠壓方向的熱導率大約高出30％~50％。石墨化使各類石墨質材料的熱導率太幅度增加，可為炭質材料的20~40倍。石墨電極的熱導率由于使用原料和石墨化程度的不同而差別很大。熱導率隨溫度的升高而減小，大致與絕對溫度的倒數（T）成正比。測定石墨電極熱導率有多種方法，如穩態熱流法、激光脈沖法。中國國家標準（GB8722-88）對100~800℃間測定石墨電極的中溫熱導率采用直接通電縱向穩態熱流法，測定裝置見圖3-7。測定原理為圓柱形試樣通過直流電時，產生的熱量主要沿試樣縱軸向兩端傳導，達到熱穩定狀態后，試樣上是一維縱向熱流，對試樣和側面環境熱交換給予修正，熱導率計算公式如下:

式中入熱導率，單位為W/（m·K）；

15—試樣工作區間平均長度，單位為mm；

T—通入試樣的電流，單位為A；

V-—試樣工作區間平均電壓降，單位為mV；

d—試樣直徑，單位為mm；

AT—試樣工作區間中點到兩端點的平均溫度差，單位

為℃；

e—反映試樣側面熱交換大小的系數；

N—標志試樣和側面環境溫度差的函數。

另一種測定熱導率的方法為激光脈沖法，激光脈沖法是用脈沖激光為熱源，將其射向一定溫度下處于熱絕緣的薄片試樣的一面，使受照面瞬時升溫，熱量自受熱面向另一面傳遞，由熱電偶或紅外線接收器接收試樣背面溫度的變化，用高速感光紙（或示波器）記錄激光脈沖發出時至試樣背面達到最高溫度時的時間-溫度動態曲線，由時間-溫度動態曲線計算出試樣在該溫度下的熱擴散率，再由測得的熱擴散率和該試樣的比熱計算出熱導率。各類石墨電極的熱導率。

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