优化硅碳棒烧结助剂种类及含量
制备高导热硅碳棒陶瓷时常需添加各种烧结助剂。其中,烧结助剂的种类及含量对硅碳棒陶瓷热导率的影响较大,如A1,0:体系烧结助剂中的A1或O元素易固溶进硅碳棒晶格,产生空位和缺陷,导致声子散射频率增大。此外,若烧结助剂含量较低,材料难以烧结致密化,而烧结助剂含量较高将导致杂质和缺陷增多,过量液相烧结助剂还可能抑制Si C晶粒长大,降低声子平均自由程。因此,为制备得到高导热硅碳棒陶瓷,需在满足其烧结致密的前提下尽可能减少烧结助剂含量,且尽量选择难溶于硅碳棒晶格的烧结助剂。
下表为添加不同烧结助剂时硅碳棒陶瓷的热导率、热扩散系数及比热容。
对硅碳棒陶瓷进行高温热处理,有利于消除晶格缺陷、位错和残余应力,促进材料中部分非晶体向晶体的结构转变,减弱声子散射作用。此外,高温热处理可有效促进硅碳棒晶粒生长,最终提升材料的热学性能,如硅碳棒陶瓷经1950 0C高温热处理后,其热扩散系数由83.03mm- s增加至89.50mm- s,常温热导率由180.94W W·K-增加至192.17W·W·K一y添加铝、硼和碳等高导热第二相通过添加铝、硼和碳等单质,可以使多孔硅碳棒陶瓷的堆积密度增加,导致孔隙率以及孔径减小,从而提高其导热性。高热导率添加剂提高碳化硅陶瓷热导率的机理可归纳为:
(1)添加剂具有超高的热导率;
(2)添加剂具有高的电子迁移率,增加了碳化硅陶瓷基体中自由移动载流子数量;
(3)添加剂与碳化硅颗粒表面Si0。发生反应,降低硅碳棒晶格氧含量和缺陷数量,改善硅碳棒晶粒间的接触情况,从而减少硅碳棒晶体中的声子散射,提高碳化硅陶瓷的热导率。www.zbqunqiang.cn
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