石墨材料热导机理及测定方法

石墨材料热导机理及测定方法石墨材料热导率机理及测定方法

热导率为材料试样在单位温度梯度下，单位面积在单位时间内传递的热量现代热传导理论指出，固体材料的热传导是靠晶格的热振动和自由电子的流动，对于多数金属而言，自由电子流动的导热是主要的。对于许多非金属材料来说，导热机构主要是晶格的热振动，石墨材料属于这一类。在多种非金属材料中，石墨材料具有较高的热导率，可与黄铜媲美石墨电极热导率也是呈各向异性的。以挤压成型的电极为例，平行于挤压方向的热导率比垂直于挤压方向的热导率大约高出30％~50％。石墨化使各类石墨质材料的热导率太幅度增加，可为炭质材料的20~40倍。石墨电极的热导率由于使用原料和石墨化程度的不同而差别很大。热导率随温度的升高而减小，大致与绝对温度的倒数（T）成正比。测定石墨电极热导率有多种方法，如稳态热流法、激光脉冲法。中国国家标准（GB8722-88）对100~800℃间测定石墨电极的中温热导率采用直接通电纵向稳态热流法，测定装置见图3-7。测定原理为圆柱形试样通过直流电时，产生的热量主要沿试样纵轴向两端传导，达到热稳定状态后，试样上是一维纵向热流，对试样和侧面环境热交换给予修正，热导率计算公式如下:

式中入热导率，单位为W/（m·K）；

15—试样工作区间平均长度，单位为mm；

T—通入试样的电流，单位为A；

V-—试样工作区间平均电压降，单位为mV；

d—试样直径，单位为mm；

AT—试样工作区间中点到两端点的平均温度差，单位

为℃；

e—反映试样侧面热交换大小的系数；

N—标志试样和侧面环境温度差的函数。

另一种测定热导率的方法为激光脉冲法，激光脉冲法是用脉冲激光为热源，将其射向一定温度下处于热绝缘的薄片试样的一面，使受照面瞬时升温，热量自受热面向另一面传递，由热电偶或红外线接收器接收试样背面温度的变化，用高速感光纸（或示波器）记录激光脉冲发出时至试样背面达到最高温度时的时间-温度动态曲线，由时间-温度动态曲线计算出试样在该温度下的热扩散率，再由测得的热扩散率和该试样的比热计算出热导率。各类石墨电极的热导率。

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