表2中的的石墨的補(bǔ)償系數(shù)參考中南工業(yè)大學(xué)出版的粉末冶金電爐與設(shè)計(jì)；C/C的補(bǔ)償系數(shù)由湖南南方搏云新材料有限責(zé)任公司提供。這里C/C- 2指的C/C材料是炭纖維增強(qiáng)炭基體、經(jīng)過炭化和高溫處理的復(fù)合材料，室溫下的電阻率只有22×10ˉ⁶Ω•m；表中的C/C-1為沒有經(jīng)過高溫處理的C/C材料，電阻率－溫度補(bǔ)償系數(shù)的波動(dòng)大一些。也就是說，室溫下的電阻率可在40～32×10ˉ⁶Ω•m。溫度達(dá)到1650℃以上，這幾種材料的電阻率就比較接近。
3.2 碳的熱學(xué)性質(zhì)
　　固體的熱學(xué)性質(zhì)熱容、熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率等。單位物體的溫度上升單位溫度所需的熱量。固體的熱容量與固體中的晶格振動(dòng)頻率密切相關(guān)。固體的熱容特征完全由他的德拜溫度確定。德拜溫度越高，彈性波速越大。在同樣的溫度下，石墨的熱容比其他固體的單體小。這是因?yàn)槭�墨結(jié)晶的層平面內(nèi)的碳原子的鍵結(jié)合牢固。晶格振動(dòng)的特性，用德拜的特性溫度表示。石墨和金剛石的德拜溫度高于其他物質(zhì)。只是石墨具有各向異性，即使是層平面的晶格振動(dòng)，也是用兩種德拜溫度表示：面內(nèi)2000K，面外1100K。室溫附近的熱容大約為2.0cal/(mol.K)。僅為一般單質(zhì)固體的1/3。
　　溫度引起的體積變化率稱為熱膨脹系數(shù)。格林埃森波的非諧作用，使得原子在振動(dòng)時(shí)引起一定的斥力，從而引起熱膨脹現(xiàn)象。石墨的熱膨脹系數(shù)為炭－炭復(fù)合材料的好幾倍。
　　單位時(shí)間通過單位截面?zhèn)鬏數(shù)臒崮芘c溫度梯度成正比。其中的比例系數(shù)k稱為熱傳導(dǎo)系數(shù)或熱傳導(dǎo)率。把晶格熱運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)看成是聲子氣體，比照理想氣體的傳熱理論，得到固體的熱導(dǎo)率主要由聲子的平均自由程決定。碳的同素異形金剛石和石墨的結(jié)構(gòu)及物理特征差別很大，金剛石的德拜溫度為1860K，常溫下熱膨脹系數(shù)為1×10－⁶K－¹,熱導(dǎo)率為25W•cm－¹•K－¹。因此金剛石的熱容量比較小，而熱導(dǎo)率是所有材料中最高的。石墨晶體的熱性質(zhì)有著明顯的各項(xiàng)異性，在層面上，石墨的德拜溫度為2500K，常溫下熱膨脹系數(shù)為-1×10－6K－1，熱導(dǎo)率為30 W•cm－¹•K－¹；而在c軸方向上，德拜溫度為950K，常溫下熱脹系數(shù)為29×10－⁶K－¹，熱導(dǎo)率為0.06 W•cm－¹•K－¹.。炭-炭復(fù)合材料的熱導(dǎo)率取決于炭纖維含量、炭纖維的編織方式、熱解炭的微觀組織結(jié)構(gòu)和孔隙率等。使用中間瀝青炭纖維作為增強(qiáng)相、采用具有熱導(dǎo)率高的熱解炭基體，可以提高材料的熱導(dǎo)率。高密度、纖維含量少的熱解炭基體C/C復(fù)合材料，經(jīng)過2900℃高溫處理，熱導(dǎo)率可達(dá)到380W.m－¹K－¹。對(duì)于準(zhǔn)3維坯體制備的C/C復(fù)合材料，在垂直于纖維和平行于纖維方向的熱導(dǎo)率存在顯著的差別。熱解炭的熱導(dǎo)率是銅單晶的10倍，為2000W.m-¹K-¹；電阻率與銀相當(dāng)，為0.4μΩm。C/C復(fù)合材料是靠離域π電子和孔穴導(dǎo)電；晶格振動(dòng)傳播熱量；所以，C/C材料的熱導(dǎo)率和電阻率之間沒有直接的關(guān)系，兩者隨著溫度的變化規(guī)律有較大的差異。
　　炭素材料成為制備耐熱炭材料的首選，因?yàn)镃/C復(fù)合材料①直至很高溫度不發(fā)生熔解和蒸發(fā)等相變化；②高溫時(shí)不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；③高溫時(shí)強(qiáng)度高；④耐熱沖擊能力強(qiáng)等。提高C/C復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能，可以通過提高熱處理溫度、提高材料的石墨化度來實(shí)現(xiàn)。達(dá)到一定的石墨化度的C/C復(fù)合材料，導(dǎo)熱率比金剛石還高。
　　C/C復(fù)合材料在中高溫(低于1650℃)有較高的電阻率，采用較高的工作電壓，可以減少短網(wǎng)損失。C/C復(fù)合材料的黑度系數(shù)高達(dá)0.95～0.99，在相同溫度下，較其他材料輻射的能量大。因此在相同保溫條件下可以減少電能消耗。C/C復(fù)合材料電熱體的理論表面負(fù)荷達(dá)到200W/cm2以上，為其他發(fā)熱材料的數(shù)十倍；C/C復(fù)合材料的設(shè)計(jì)成形和加工性能好，可以做成任意形狀。與石墨加熱器或任何一種加熱介質(zhì)相比,在同樣的使用條件下C/C復(fù)合材料加熱器節(jié)能30—70%。每瓦電每小時(shí)產(chǎn)生1.65大卡熱量。C/C復(fù)合加熱器材料產(chǎn)生遠(yuǎn)紅外輻射,其紅外波長集中于8—15μm,全法向發(fā)射率高達(dá)87%, 紅外輻射轉(zhuǎn)換率為70%以上。

 

作者： 來源：《太陽能發(fā)電》雜志 責(zé)任編輯：凌月

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