功能与复合材料论 碳／碳复合材料导热性能的研究 姓名：李泽地 学号：3009208097
碳／碳复合材料导热性能的研究 碳/碳复合材料是指以碳纤维作为增强体，以碳作为基体的一类复合材料。作为增强体的碳纤维可用多种形式和种类，既可以用短切纤维，也可以用连续长纤维及编织物。各种类型的碳纤维都可用于碳／碳复合材料的增强体。碳基体可以是通过化学气相沉积制备的热解碳，也可以是高分子材料热斛形成的固体碳。 碳/碳复合材料作为碳纤维复合材料家族的一个重要成员，具有密度低、高比强度比模量、高热传导性、低热膨胀系数、断裂韧性好、耐磨、耐烧蚀特点，尤其是其强度随着温度的升高，不仅不会降低反而还可能升高，它是所有已知材料中耐高温性最好的材料。因而它广泛地应用于航天、航空、核能、化工、医用等各个领域。 一C／C复合材料导热系数影响因素的研究 碳纤维增强复合材料不仅具有高比强、高比模等突出的结构材料特征，而且其优良的摩擦磨损及热物理性能，能够很好地满足高速喷气飞机对刹车材料的要求。碳／碳复合材料已成为新一代航空材料的发展方向。航空刹车用碳／碳复合材料在显微结构上是一种多相非均质混合物，这种材料的力学性能、摩擦磨损性能及热物理性能与材料的微观结构密切相关。而作为1种摩擦制动材料，碳／碳复合材料的热性能是至关重要的。材料在制动过程中必须具有吸收和传递走大量热量，保证不熔化刹车装置的能力，从而延长刹车副的使用寿命。这种能力要比材料的摩擦性能更重要。因此，碳／碳复合材料高的热焓和好的导热系数是用于航空刹车时第一重要的性能。本试验通过对碳／碳复合材料导热性能的测试，研究了不同纤维取向、不同热处理温度以及不同CVD热解碳的微观结构对碳／碳复合材料导热性能的影响。 1 实验方法 1.1 试样制备 试样采用长纤维增强乱短纤维层压作为毡体，长纤维沿x—y平面分层铺开，长纤维之间是随机分布的乱短纤维层。将毡体裁切成外径为146 mm，内径为43 mm，纤维体积含量在30％的圆盘，在CVD炉中，以丙烯为主要碳源气，9o0cI=以上沉积至最终密度1．75 g／cm 一1．80 g／cm 左右。 1．2 显微结构分析 以环氧树脂为主要镶嵌料，样件镶样后在MEF3A金相显微镜下观
导热系数、传热系数、热阻值概念及热工计算方法 导热系数λ[W/(m.k)]： 导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度(K,℃),在1小时内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米?度(W/m?K,此处的K可用℃代替)。导热系数可通过保温材料的检测报告中获得或通过热阻计算。 传热系数K [W/(㎡?K)]： 传热系数以往称总传热系数。国家现行标准规范统一定名为传热系数。传热系数K值，是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温差为1度(K，℃)，1小时内通过1平方米面积传递的热量，单位是瓦/平方米?度(W/㎡?K，此处K可用℃代替)。传热系数可通过保温材料的检测报告中获得。 热阻值R(m.k/w)： 热阻指的是当有热量在物体上传输时，在物体两端温度差与热源的功率之间的比值。单位为开尔文每瓦特（K/W）或摄氏度每瓦特（℃/W）。 传热阻： 传热阻以往称总热阻，现统一定名为传热阻。传热阻R0是传热系数K的倒数，即R0=1/K，单位是平方米*度/瓦（㎡*K/W）围护结构的传热系数K值愈小，或传热阻R0值愈大，保温性能愈好。 （节能）热工计算： 1、围护结构热阻的计算 单层结构热阻：R=δ/λ 式中：δ—材料层厚度(m)；λ—材料导热系数[W/(m.k)] 多层结构热阻：R=R1+R2+----Rn=δ1/λ1+δ2/λ2+----+δn/λn 式中: R1、R2、---Rn—各层材料热阻(m.k/w) δ1、δ2、---δn—各层材料厚度(m) λ1、λ2、---λn—各层材料导热系数[W/(m.k)] 2、围护结构的传热阻 R0=Ri+R+Re 式中: Ri —内表面换热阻(m.k/w)(一般取0.11) Re —外表面换热阻(m.k/w)(一般取0.04) R —围护结构热阻(m.k/w) 3、围护结构传热系数计算 K=1/ R0 式中: R0—围护结构传热阻 外墙受周边热桥影响条件下，其平均传热系数的计算 Km=(KpFp+Kb1Fb1+Kb2Fb2+ Kb3Fb3 )/( Fp + Fb1+Fb2+Fb3) 式中:Km—外墙的平均传热系数[W/(m.k)] Kp—外墙主体部位传热系数[W/(m.k)]
瓷器（25摄氏度）约为1.5 W/m.K 材料/物质热导率- k - W/(mK) 丙酮0.16 乙炔（气）0.018 压克力0.2 空气，（气）0.024 酒精0.17 铝250 氧化铝30 氨（气）0.022 锑18.5 氩气（天然气）0.016 石棉水泥板0.744 石棉水泥板0.166 石棉水泥 2.07 石棉，松散0.15 石棉板轧机0.14 沥青0.75 筏0.048 沥青0.17 苯0.16 铍218 高炉煤气（天然气）0.02 黄铜109 砖致密 1.31 砖0.69 镉92 碳 1.7 Carbon dioxide (gas)二氧化碳（气体）0.0146 0.0146 Cement, portland水泥，波特兰0.29 0.29 Cement, mortar水泥，砂浆 1.73 1.73 Chalk粉笔0. 0。09 09 Chlorine (gas)氯（气）0.0081 0.0081 Chrome Nickel Steel (18% Cr, 8 % Ni)铬镍钢（18％铬，8％镍）16.3 16.3 Clay, dry to moist粘土，干到湿0.15 - 1.8 0.15 - 1.8 Clay, saturated粘土，饱和0.6 - 2.5 0.6 - 2.5 Cobalt钴69 69 Concrete, light混凝土，轻质0.42 0.42 Concrete, stone水泥，石头 1.7 1.7 Constantan康铜22 22 Copper铜401 401 400 400 398 398 Corian (ceramic filled)可丽耐（陶瓷填充） 1.06 1.06
云母 0.71 氮化铝基板 300 铝基板（北京瑞凯） 1.1 高硼硅玻璃 1.005 铝基板（贝格斯） 0.8-2.2 压克力 0.2 空气 0.024 三氧化二铝陶瓷基板 25
导热系数 瓷器（25摄氏度）约为1.5 W/m.K 材料/物质热导率- k - W/(mK) 丙酮0.16 乙炔（气）0.018 压克力0.2 空气，（气）0.024 酒精0.17 铝250 氧化铝30 氨（气）0.022 锑18.5 氩气（天然气）0.016 石棉水泥板0.744 石棉水泥板0.166 石棉水泥 2.07 石棉，松散0.15 石棉板轧机0.14 沥青0.75 筏0.048 沥青0.17 苯0.16 铍218 高炉煤气（天然气）0.02 黄铜109 砖致密 1.31 砖0.69 镉92 碳 1.7 Carbon dioxide (gas)二氧化碳（气体）0.0146 0.0146 Cement, portland水泥，波特兰0.29 0.29 Cement, mortar水泥，砂浆 1.73 1.73 Chalk粉笔0. 0。09 09 Chlorine (gas)氯（气）0.0081 0.0081 Chrome Nickel Steel (18% Cr, 8 % Ni)铬镍钢（18％铬，8％镍）16.3 16.3 Clay, dry to moist粘土，干到湿0.15 - 1.8 0.15 - 1.8 Clay, saturated粘土，饱和0.6 - 2.5 0.6 - 2.5 Cobalt钴69 69 Concrete, light混凝土，轻质0.42 0.42
影响绝热材料导热系数的主要因素 1、温度 温度对各类绝热材料导热系数均有直接影响,温度提高,材料导热系数上升。 2、含湿率 所有的保温材料都具有多孔结构,容易吸湿。当含湿率大于5%~10%,材料吸湿后湿份占据了原被空气充满的部分气孔空间,引起其有效导热系数明显升高。 3、容重 容重是材料气孔率的直接反映,由于气相的导热系数通常均小于固相导热系数,所以保温材料都具有很大的气孔率即很小的容重。一般情况下,增大气孔或减少容重都将导致导热系数的下降。 4、松散材料的粒度 常温时,松散材料材料的导热系数随着材料粒度减小而降低,粒度大时,颗粒之间的空隙尺寸增大,其间空气的导热系数必然增大。粒度小者,导热系数的温度系数小。 5、热流方向 导热系数与热流方向的关系,仅仅存在于各向异性的材料中,即在各个方向上构造不同的材料中。传热方向和纤维方向垂直时的绝热性能比传热方向和纤维方向平行时要好一些;同样,具有大量封闭气孔的材料的绝热性能也比具大有开口气孔的要好一些。 气孔质材料又进一步分成固体物质中有气泡和固体粒子相互轻微接触两种。纤维质材料从排列状态看,分为方向与热流向垂直和纤维方向与热流向平行两种情况,
一般情况下纤维保温材料的纤维排列是后者或接近后者,同样密度条件一,其导热系数要比其它形态的多孔质保温材料的导热系数小得多。 6、填充气体的影响 绝热材料中,大部分热量是从孔隙中的气体传导的。因此,绝热材料的热导率在很大程度上决定于填充气体的种类。低温工程中如果填充氦气或氢气,可作为一级近似,认为绝热材料的热导率与这些气体的热导率相当,因为氦气或氢气的热导率都比较大。 7、比热容 绝热材料的比热容对于计算绝热结构在冷却与加热时所需要冷量(或热量有关。在低温下,所有固体的比热容变化都很大。 在常温常压下,空气的质量不超过绝热材料的5%,但随着温度的下降,气体所占的比重越来越大。因此,在计算常压下工作的绝热材料时,应当考虑这一因素。 8、线膨胀系数 计算绝热结构在降温(或升温过程中的牢固性及稳定性时,需要知道绝热材料的线膨胀系数。如果绝热材料的线膨胀系数越小,则绝热结构在使用过程中受热胀冷缩影响而损坏的可能性就越小。大多数绝热材料的线膨胀系数值随温度下降下降而显著下降。
高热导率绝缘材料 整理
目录 一常见材料的热导率 (4) 二影响材料热导率的因素 (4) 三高热导率材料的制备与性能 (4) 3.1 高导热基板材料 (5) 3.2.1 高热导率无机物填充聚乙烯复合塑料 (5) 3.2.2 高热导率无机物填充酚醛树脂复合塑料 (6) 3.3高导热高弹性硅胶材料 (6) 3.4高导热粘合剂材料 (7) 四高热导率材料的一些发展思路 (8) 4.1 开发新型导热材料 (8) 4.2 填充粒子表面改性处理 (8)
4.3 成型工艺条件选择及优化 (8) 五热传递解决思路的几个考虑因素 (8) 5.1 热阻值的考虑 (8) 5.2 接触热阻的考虑 (9) 六参考文献 (10)
一常见材料的热导率 钻石的热导率在已知矿物中最高的。各类物质的热导率〔W/(m·K)〕的大致围是：金属为50～415，合金为12～120，绝热材料为0.03～0.17，液体为0.17～0.7，气体为0.007～0.17,碳纳米管高达1000以上。①一些常用材料的热导率详见“附录一”。 二影响材料热导率的因素 热导率λ与材料本身的关系如下表：①④ 三高热导率材料的制备与性能
3.1 高导热基板材料 高散热系数之基板材料是LED封装的重要部分，氧化铝基板为大功率LED 的发展做出了很大的贡献。但随着LED功率更大化的发展，氧化铝材料已经不能够满足。如何得到更优良的散热基板，一直是LED行业追求的方向。⑨ 被寄希望取代氧化铝的材料包含了两类： 第一类为单一材质基板，如硅基板、碳化硅基板、阳极化铝基板或氮化铝基板。其中硅及碳化硅基板之材料半导体特性，使其现阶段遇到较严苛的考验。而阳极化铝基板则因其阳极化氧化层强度不足而容易因碎裂导致导通，使其在实际应用上受限。因而，现阶段较成熟且普通接受度较高的即为以氮化铝作为散热基板。然而，目前受限于氮化铝基板不适用传统厚膜制程(材料在银胶印刷后须经850℃大气热处理，使其出现材料信赖性问题)，因此，氮化铝基板线路需以薄膜制程备制。以薄膜制程备制之氮化铝基板大幅加速了热量从LED晶粒经由基板材料至系统电路板的效能，因此大幅降低热量由LED晶粒经由金属线至系统电路板的负担，进而达到高热散的效果。⑨ 第二类为瓷基复合材料基板（覆铜板等） 3.2 高导热塑料材料 对填充型导热绝缘高分子，热导率取决于高分子和导热填料的协同作用。分散于树脂中的导热填料，当填料量提高到某一临界值时，填料间形成接触和相互作用，体系形成了类似网状或链状结构形态。当导热网链的取向与热流方向一致时，材料导热性能提高很快；体系中在热流方向上未形成导热网链时，会造成热流方向上热阻很大，导致材料导热性能很差。因此，在体系最大程度上形成热流方向上的网链是核心所在。⑤ 部分无机填料的热导率见下表：⑤ 3.2.1 高热导率无机物填充聚乙烯复合塑料 Hatsuo I研究了BN/PB(聚丁二烯) 热导率及力学性能，研究发现BN的高导
导热硅脂导热系数影响因素试验方案 一、试验目标 通过试验探究出基体料、填料复配体系对导热系数的影响。 二、试验思路与分析 导热硅脂中体现出来的导热能力不仅与材料本身的热导率有关，还与其在体系中的填充量、堆砌紧密程度以及填料与硅油的浸润程度等因素密切相关。 石逸夫等在硅油及填料对导热硅脂接触热阻的影响中分别对二甲基硅油、乙烯基硅油、羟基硅油及含氢硅油进行热失重分析和导热系数、热阻测试，得出二甲基硅油最适合作为基体料。但是，他并没有测试用不同硅油制备的导热硅脂的导热系数。而现有的文献主要讲述不同类型高性能导热填料的开发，而对基体料的研究甚少。 复配体系有利于导热系数的提高已得到公认，此次试验中通过不同粒径的复配，得到最优复配体系。再以此体系试验不同规格的硅油的导热系数，确定最优规格硅油，进而探究出影响导热系数的因素。 三、试验设计
四、试验步骤 1.准备好密炼机、直流调速搅拌器、水浴锅、电子称、烘箱等相关试验设 备。将二甲基硅油、苯基硅油、球形Al2O3、BN、改性ZnO、石墨烯、硅烷偶联剂KH550、乙醇等原材料准备到位； 2.称取60%质量份导热填料倒入装有导热填料质量25%的100mL烧杯内， 手工搅拌10min。再加入填料重量3%的硅烷偶联剂KH550于烧杯中； 3.将装有填料的烧杯置于水浴锅内，60℃恒速搅拌3h，后放入烘箱内120℃ 烘烤1h； 4.称取40%质量份二甲基硅油，将硅油和改性好的填料置于密炼机内密炼 10min； 5.将制得导热硅脂进行导热性能分析； 6.依次对四个复配体系进行试验，确定出导热系数最高的复配体系； 7.选择以上得出的最优复配体系，分别采用二甲基硅油、苯基硅油为基体 料制备导热硅脂； 8.将不同基体料的导热硅脂进行导热系数的测试。 五、试验数据记录
关于橡胶复合材料的导热特性 1、橡胶的导热系数 天然橡胶硫化胶0.15~0.21 W/(m℃)天然橡胶硬质胶0.15~0.17 W/(m℃) 丁苯橡胶0.19 W/(m℃)氯丁橡胶0.19 W/(m℃) 氯丁橡胶硫化胶0.21 W/(m℃)丁基橡胶0.09 W/(m℃) 丁腈橡胶0.25 W/(m℃)硅橡胶0.27 W/(m℃) 2、轮胎橡胶材料导热系数 (何燕等,轮胎橡胶材料导热系数的测定及分析,橡胶工业，2004年第51卷) 轮胎橡胶材料导热系数的测试结果如图2所示。从图2可以看出以下规律。 (1) 轮胎不同部位橡胶材料的导热系数随温度变化而改变,并且在本试验所研究的温度范围(20～80 ℃) 内,两者呈线性关系。 不同橡胶材料的导热系数随温度变化的经验关系式: λ = λ0 + bθ 式中λ0 -室温下试样的导热系数; b -与材料性质有关的温度系数。λ0和b 的测试值如表1 所示。 结论： 通过对轮胎不同部位橡胶材料导热系数的研究发现,用稳态法测量橡胶材料的导热系数是一种科学、可靠的方法,此方法所用试验装置简单,操作方便。本试验所得数据准确、可靠,为轮胎设计进一步计算,特别是为轮胎温度场的计算提供了可靠的依据。 轮胎各部位的受力情况及生热机理不同,在胶料配方中应分别加以考虑,本试验所测导热系数的数据也正好与轮胎实际相吻合。 3、轮胎各部位胶料在不同温度下的导热系数 （刘丽等，轮胎胶料的导热系数测定及误差分析，轮胎工业2006年第26卷） 采用稳态法测量轿车轮胎和航空轮胎各部位胶料在不同温度下的导热系数。测量结果
表明, 轿车轮胎在20~ 80℃、航空轮胎在20~ 110℃范围内, 轮胎各部位胶料的导热系数与温度呈线性关系; 轿车轮胎胎侧胶导热系数较大, 胎面基部胶导热系数较小, 航空轮胎胎侧胶导热系数较大, 胎面胶导热系数较小。试验时采取使设备和试样充分干燥、以石棉做绝热材料、保持冰端温度等措施, 可使试验误差小于4%。 图3和4分别示出了轿车轮胎和航空轮胎不同部位胶料的关系曲线。 4、充填炭黑硫化橡胶的导热系数 （崔琪等，炭黑用量及硫化对橡胶导热系数的影响，CHINA RUBBER（中国橡胶）2006年，第22 卷第18 期）
导热高分子 影响热导率的因素 学校名称：华南农业大学 院系名称：材料与能源学院 时间：2017年2月27日
1.影响热导率的因素 1.1树脂基体 虽然有聚乙炔、聚亚苯基硫醚、聚噻吩等本征型导电、导热高分子材料，但绝大多数高分子材料本身属于绝热材料。赋予其优异的导热性的主要途径是通过共混(如机械共混、熔体共混或溶液共混等)的方法在高分子材料中填充导热性能好的填料，从而得到导热性能优良、价格低廉、易加工成型的导热高分子材料。表1是一些材料的热导率： 1.2导热填料 1.2.1填料的种类及填充量 填料主要包括金属填料和非金属填料。填料的种类不同，其导热机理、热导率及适用范围也不同。一般来说，在特定条件下，填充量越大，导热效果越好
1.2.2.填料的尺寸 填料填充复合材料的热导率随粒径增大而增加，在填充量相同时，大粒径填料填充所得到的复合材料热导率均比小粒径填料填充的要高。但是，导热填料经过超细微化处理可以有效提高其自身的导热性能;譬如在丁苯橡胶中分别添加纳米氧化铝或微米氧化铝，在相同填充量下，发现纳米氧化铝填充丁苯橡胶的热导率和物理力学性能均优于微米氧化铝填充的丁苯橡胶，且丁苯橡胶的热导率随着氧化铝填充量的增加而增大。 1.2.3.填料的形状 分散于树脂基体中的填料可以是粒状、片状、球形、纤维等形状，填料的外形直接影响其在高分子材料中的分散及热导率。在相同的情况下，热导率最低的是粉状，其次是纤维，最高的则是以晶须形态填加的复合材料。 1.2.4.基体与填料的界面 导热高分子复合材料是由导热填料和聚合物基体复合而成的多相体系，在热量传递(即晶格振动传递)过程中，必然要经过许多基体一填料界面，因此界面间的结合强度也直接影响整个复合材料体系的热导率。 基体和填料界面的结合强度与填料的表面处理有大关系，取决于颗粒表面易湿润的程度。这是因为为填料表面润湿程度影响填料与基体的粘结程度、基体与填料界面的热障、填料的均匀分散、填料的加入量等一些直接影响体系热导率的因素。增加界面结合强度能提高复合材料的热导率。表面处理剂的加入既可以改善填料的分散能力，又可以减少硅橡胶受外力作用时填料粒子与基体间产生的空隙，减少应力集中导致的基体破坏。 表面处理剂对热导率的影响应该是“桥联”和“包覆”共同作用的结果。一方面，其“桥联”作用改善了填料与基体的界面相容性，减少了界面缺陷及可能
1、简述构成复合材料的元素及其作用 复合材料由两种以上组分以及他们之间的界面组成。即构成复合材料的元素包括基体相、增强相、界面相。 基体相作用：具有支撑和保护增强相的作用。在复合材料受外加载荷时，基体相一剪切变形的方式起向增强相分配和传递载荷的作用，提高塑性变 形能力。 增强和作用：能够强化基体和的材料称为增强体，增强体在复合材料中是分散相, 在复合材料承受外加载荷时增强相主要起到承载载荷的作用。 界面相作用：界面相是使基体相和增强相彼此相连的过渡层。界面相具有一定厚度，在化学成分和力学性质上与基体相和增强相有明显区别。在复 合材料受外加载荷时能够起到传递载荷的作用。 2、简述复合材料的基本特点 (1)复合材料的性能具有可设计性 材料性能的可设计性是指通过改变材料的组分、结构、工艺方法和工艺参数来调节材料的性能。显然，复合材料中包含了诸多影响最终性能、可调节的因素，赋予了复合材料的性能可设计性以极大的自由度。 ⑵ 材料与构件制造的一致性 制造复合材料与制造构件往往是同步的，即复合材料与复合材料构架同时成型，在采用某种方法把增强体掺入基体成型复合材料的同时?，通常也就形成了复合材料的构件。 (3)叠加效应 叠加效应指的是依靠增强体与基体性能的登加，使复合材料获得一?种新的、独特而又优于个单元组分的性能，以实现预期的性能指标。 (4)复合材料的不足 复合材料的增强体和基体可供选择地范围有限；制备工艺复杂，性能存在波动、离散性；复合材料制品成本较高。
3、说明增强体在结构复合材料中的作用能够强化基体的材料称为增强体。增强体在复合材料中是分散相。复合材料中的增强体，按几何形状可分为颗 粒状、纤维状、薄片状和由纤维编制的三维立体结构。喑属性可分为有机增强体 和无机增强体。复合材料中最主要的增强体是纤维状的。对于结构复合材料，纤 维的主要作用是承载，纤维承受载荷的比例远大于基体；对于多功能复合材料， 纤维的主要作用是吸波、隐身、防热、耐磨、耐腐蚀和抗震等其中一种或多种， 同时为材料提供基本的结构性能；对于结构陶瓷复合材料，纤维的主要作用是增 加韧性。 4、说明纤维增强复合材料为何有最小纤维含量和最大纤维含量 在复合材料中，纤维体积含量是一个很重要的参数。纤维强度高，基体韧性好，若加入少量纤维，不仅起不到强化作用反而弱化，因为纤维在基体内相当于裂纹。所以存在最小纤维含量，即临界纤维含量。若纤维含量小于临界纤维量，则在受外载荷作用时，纤维首先断裂，同时基体会承受载荷，产生较大变形，是否断裂取决于基体强度。纤维量增加，强度下降。当纤维量大于临界纤维量时，纤维主要承受载荷。纤维量增加强度增加。总之，含量过低，不能充分发挥复合材料中增强材料的作用；含量过高，由于纤维和基体间不能形成一定厚度的界面过渡层, 无法承担基体对纤维的力传递，也不利于复合材料抗拉强度的提高。 5、如何设才计复合材料 材料设计是指根据对?材料性能的要求而进行的材料获得方法与工程途径的规划。复合材料设计是通过改变原材料体系、比例、配置和复合工艺类型及参数，来改变复合材料的性能，特别是是器有各向异性，从而适应在不同位置、不同方位和不同环境条件下的使用要求。复合材料的可设计性赋予了结构设计者更大的自由度，从而有可能设计出能够充分发掘与应用材料潜力的优化结构。复合材料制品的设计与研制步骤可以归纳如下： 1）通过论证明确对于材料的使用性能要求，确定设计目标 2）选择材料体系（增强体、基体） 3）确定组分比例、几何形态及增强体的配置 4）确定制备工艺方法及工艺参数
影响导热材料导热系数 一：材料类型隔热材料（绝热材料）类型不同，导热系数不同。隔热材料的物质构成不同，其物理热性能也就不同；隔热机理存有区别，其导热性能或导热系数也就各有差异。即使对于同一物质构成的隔热材料，内部结构不同，或生产的控制工艺不同，导热系数的差别有时也很大。对于孔隙率较低的固体隔热材料，结晶结构的导热系数最大，微晶体结构的次之，玻璃体结构的最小。但对于孔隙率高的隔热材料，由于气体(空气)对导热系数的影响起主要作用，固体部分无论是晶态结构还是玻璃态结构，对导热系数的影响都不大。 二：工作温度温度对各类绝热材料导热系数均有直接影响，温度提高，材料导热系数上升。因为温度升高时，材料固体分子的热运动增强，同时材料孔隙中空气的导热和孔壁间的辐射作用也有所增加。但这种影响，在温度为0-50℃范围内并不显著，只有对处于高温或负温下的材料，才要考虑温度的影响。 三：含湿比率绝大多数的保温绝热材料都具有多孔结构，容易吸湿。材料吸湿受潮后，其导热系数增大。当含湿率大于5%-10%时，导热系数的增大在多孔材料中表现得最为明显。这是由于当材料的孔隙中有了水分(包括水蒸气)后，孔隙中蒸汽的扩散和水分子的运动将起主要传热作用，而水的导热系数比空气的导热系数大20倍左右，故引起其有效导热系数的明显升高。如果孔隙中的水结成了冰，冰的导热系数更大，其结果使材料的导热系数更加增大。所以，非憎水型隔热材料在应用时必须注意防水避潮。 四：孔隙特征在孔隙率相同的条件下，孔隙尺寸越大，导热系数越大；互相连通型的孔隙比封闭型孔隙的导热系数高，封闭孔隙率越高，则导热系数越低。 五：容重大小容重(或比重、密度)是材料气孔率的直接反映，由于气相的导热系数通常均小于固相导热系数，所以保温隔热材料往往都具有很高的气孔率，也即具有较小的容重。一般情况下，增大气孔率或减少容重都将导致导热系数的下降。但对于表观密度很小的材料，特别是纤维状材料，当其表观密度低于某一极限值时，导热系数反而会增大，这是由于孔隙率增大时互相连通的孔隙大大增多，从而使对流作用得以加强。因此这类材料存在一个最佳表观密度，即在这个表观密度时导热系数最小。 六：材料粒度常温时，松散颗粒型材料的导热系数随着材料粒度的减小而降低。粒度大时，颗粒之间的空隙尺寸增大，其间空气的导热系数必然增大。此外，粒度越小，其导热系数受温度变化的影响越小。 七：热流方向导热系数与热流方向的关系，仅仅存在于各向异性的材料中，即在各个方向上构造不同的材料中。纤维质材料从排列状态看，分为方向与热流向垂直和纤维方向与热流向平行两种情况。传热方向和纤维方向垂直时的绝热性能比传热方向和纤维方向平行时要好一些。一般情况下纤维保温材料的纤维排列是后者或接近后者，同样密度条件下，其导热系数要比其它形态的多孔质保温材料的导热系数小得多。对于各向异性的材料(如木材等)，当热流平行于纤维方向时，受到阻力较小；而垂直于纤维方向时，受到的阻力较大。以松木为例，当热流垂直于木纹时，导热系数为0.17w/(m·K)，平行于木纹时，导热系数为0.35W/(m·K)。气孔质材料分为气泡类固体材料和粒子相互轻微接触类固体材料两种。具有大量或无数多开口气孔的隔热材料，由于气孔连通方向更接近于与传热方向平行，因而比具有大量封闭气孔材料的绝热性能要差一些。 八：填充气体隔热材料中，大部分热量是从孔隙中的气体传导的。因此，隔热材料的热导率在很大程度上决定于填充气体的种类。低温工程中如果填充氦气或氢气，可作为一级近似，认为隔热材料的热导率与这些气体的热导率相当，因为氦气和氢气的热导率都比较大。 九：比热容热导率=热扩散系数×比热×密度。在热扩散系数和密度条件相同的情况下，比热越大，导热系数越高。隔热材料的比热对于计算绝热结构在冷却与加热时所需要冷量(或热量)有关。在低温下，所有固体的比热变化都很大。在常温常压下，空气的质量不超过隔热材料的5%，但随着温度的下降，气体所占的比重越来越大。因此，在计算常压下工作的隔热材料时，应当考虑这一因素。对于常用隔热材料而言，上述各项因素中以表观密度和湿度的影响最大。因而在测定材料的导热系数时，必须同时测定材料的表观密度。至于湿度，对于多数隔热材料可取空气相对湿度为80%一85%时材料的平衡湿度作为参考状态，应尽可能在这种湿度条件下测定材料的导热系数。 十：真空热传导的方式有三种：对流、传导和辐射。其中对流方式导热为最重要的。通过真空阻绝了对流导热系数就大大的降低了，原理就像是热水瓶一样。而作为骨架的填充材料可能会通过传导方式导热，所以采用导热系数低的玻璃纤维做骨架。外表加上铝膜包装袋对辐射进行阻隔。所以这种材料是导热系数最小的。
一、高导热率复合材料 1、导热非绝缘塑料 1）金属粉填充 一般有Cu、Ni、Sn、Al粉和填充的PVC、HDPE、PP、碳纤维(CF)或环氧树脂(EP)基体及固化剂的填充。填料体积渗滤临界值取决于粒子形状和粒子在树脂中的空间分布，与填充因子呈线性关系；填充因子决定着材料的导热系数，它包含了材料中填料空间布局及粒子形状对导热系数的影响；由于材料内部的多孔性，在接近填充极限时很难实现材料的高导热性。 复合材料的热导率随着金属粉末含量增加而增加，当金属含量低于10%时，材料的热导率缓慢增加，当体积份数大于30%时，含铜粉的材料热导率高于含锡粉的材料；同时还研究了铜粉体积份数为40%时，材料的热导率与颗粒直径关系，实验表明当铜粉直径为40～60μm时，材料热导率较高。 但是目前这类的研究一般只得到小于10W/m.K的导热复合材料。 2）石墨及CF填充 有研究结果表明，用热导率高、粒径小的石墨对聚丙烯进行填充改性，可以显著提高复合材料的热导率，当石墨质量百分含量为45％时，石墨/PP复合材料的热导率达到129W/（m·K），是纯聚丙烯树脂的6倍多；但流动性能和力学性能有所下降。 西安交大的井新利研究了天然鳞片状的石墨填充EP的导热及力学性能。发现单独使用过粗或过细的石墨都不利于改善加工工艺性，而将几种不同细度的石墨搭配使用则有比较好的效果，搭配可使材料中石墨的堆砌更致密，能提高导热系数。当石墨为60％时，导热系数达10 W/(m·K)，比纯EP提高了约50倍。钱欣等研究了石墨填充改性酚醛的导热行为。发现石墨含量并不是越大越好，呈现先慢增后快增然后再慢增甚至不变的情况。张舜喜研究了石墨、炭黑填充PE 的导热、力学性能。发现随石墨填充量增多，导热系数明显增加，在50％用量时，导热系数达47.4 W/(m·K)；石墨粒子大小对PE性能也有影响，石墨粒子小，弯曲弹性模量、冲击性能高，反之就低；偶联剂增强了石墨与树脂间的界面粘合力，使制品具有实用价值。 Chen Yumao等研究了CF增强EP复合材料的导热性能。CF体积分数为56％时，首次制得了导热系数达695W/(m·K)的树脂基复合材料，材料密度为1.48g/cm3。引入CF大大降低了材料的线胀系数。 此外，研究将基体采用导电有机物，对导热复合材料的导电性有不少帮助。导电有机物通常是指聚乙炔、聚亚苯基硫醚、聚噻吩等。用导电有机物做填料可以改善材料的相容性、加工性和导热性能，并可以减小材料的密度。但导电有机物质在不纯的情况下将成为绝缘体。 2、导热绝缘塑料 1）SiC、金属氧化物及混合填料填充 将酚醛树脂粉末与SiC、MgO、BeO、石墨或B4C5、玻璃纤维(GF)等捏合、混炼、连续递出，所制得的材料导热系数大于34.8 W/(m·K)。采用纳米颗粒能较大的提高制品的力学性能,此外，纳米粒子还能提高填充后材料的耐疲劳性。 2）金属氮化物填充 在金属氮化物中，一般选用AlN、BN两种氮化物。AlN、BN因导热系数高在导热塑料中得到广泛应用。AlN最大填充量为78.5％(体积比)时，导热系数为32.5 w/(m·K)。含88％BN时体系的导热系数为32.5 w/(m·K)。美国先进陶瓷
绝缘材料标准精选（最新） G1303.1《GB/T 1303.1-2009 电气用热固性树脂工业硬质层压板; 定义、分类和 一般要求》 G1303.2《GB/T 1303.2-2009 电气用热固性树脂工业硬质层压板: 试验方法》 G1303.3《GB/T 1303.3-2008 电气用热固性树脂工业硬质层压板: 工业硬质层压 板型号》 G1303.4《GB/T 1303.4-2009 电气用热固性树脂工业硬质层压板: 环氧树脂硬质 层压板》 G1303.6《GB/T 1303.6-2009 电气用热固性树脂工业硬质层压板: 酚醛树脂硬质 层压板》 G1303.7《GB/T 1303.7-2009 电气用热固性树脂工业硬质层压板: 聚酯树脂硬质 层压板》 G1303.8《GB/T 1303.8-2009 电气用热固性树脂工业硬质层压板: 有机硅树脂硬 质层压板》 G1303.9《GB/T 1303.9-2009 电气用热固性树脂工业硬质层压板: 聚酰亚胺树脂 硬质层压板》 G1303.10《GB/T 1303.10-2009 电气用热固性树脂工业硬质层压板: 双马来酰亚 胺树脂硬质层压板》 G1303.11《GB/T 1303.11-2009 电气用热固性树脂工业硬质层压板: 聚酰胺酰亚 胺树脂硬质层压板》 G1310.1《GB/T 1310.1-2006 电气用浸渍织物第 1 部分: 定义和一般要求》 G1310.2《GB/T 1310.2-2009 电气用浸渍织物第 2 部分：试验方法》 G1408.1《GB/T 1408.1-2006 绝缘材料电气强度试验方法第 1 部分：工频下试验》 G1408.2《GB/T 1408.2-2006 绝缘材料电气强度试验方法第 2 部分：对应用直流电压试验的附加要求》 G1408.3《GB/T 1408.3-2007 绝缘材料电气强度试验方法:1.2/50 μs脉冲试验补充要求》 G1409《GB/T 1409-2006 测量电气绝缘材料在工频、音频、高频下电容率和介质 损耗冈数的推荐方法》 G1410《GB/T 1410-2006固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法》 G1411《GB/T1411-2002干固体绝缘材料: 耐高电压、小电流电弧放电的试验》 G1913.1《GB/T1913.1-2005未漂浸渍绝缘纸》 G1981.1《GB/T 1981.1-2007 电气绝缘用漆第 1 部分: 定义和一般要求》 G1981.2《GB/T 1981.2-2009 电气绝缘用漆第 2 部分：试验方法》 G1981.3《GB/T 1981.3-2009 电气绝缘用漆第 3 部分：热固化浸渍漆通用规范》G1981.4《GB/T 1981.4-2009 电气绝缘用漆第 4 部分：聚酯亚胺浸渍漆》 G1981.5《GB/T 1981.5-2009 电气绝缘用漆第 5 部分：快固化节能型三聚氰胺醇酸浸渍漆》 G2536《GB 2536-2011电工流体变压器和开关用的未使用过的矿物绝缘油》 G4109《GB/T 4109-2008交流电压高于1000V的绝缘套管》 G4207《GB/T 4207-2012 固体绝缘材料耐电痕化指数和相比电痕化指数的测定方法》 G4588.12《GB/T4588.12-2000预制内层层压板规范》
导热系数的影响因素 1、温度 温度对各类绝热材料导热系数均有直接影响，温度提高，材料导热系数上升。 2、含湿率 所有的保温材料都具有多孔结构，容易吸湿。当含湿率大于5%~10%，材料吸湿后湿分占据了原被空气充满的部分气孔空间，引起其有效导热系数明显升高。 3、容重（单位容积内物体的重量） 容重是材料气孔率的直接反映，由于气相的导热系数 ．．．．． ．．固相导热系 ．．．．．．．通常均 ．．．小于 数．，所以保温材料都具有很大的气孔率即很小的容重。一般情况下，增大气孔率或减少容重都将导致导热系数的下降。 4、松散材料的粒度 常温时，松散材料的导热系数随着材料粒度减小而降低，粒度大时，颗粒之间的空隙尺寸增大，其间空气的导热系数必然增大。粒度小者，导热系数的温度系数小。 5、热流方向 导热系数与热流方向的关系，仅仅存在于各向异性的材料中，即在各个方向 时要好 的要好 气孔质材料又进一步分成固体物质中有气泡和固体粒子相互轻微接触两种。纤维质材料从排列状态看，分为方向与热流向垂直和纤维方向与热流向平行两种情况。一般情况下纤维保温材料的纤维排列是后者或接近后者，同样密度条件下，其导热系数要比其它形态的多孔质保温材料的导热系数小得多。 6、填充气体的影响 绝热材料中，大部分热量是从孔隙中的气体传导的。因此，绝热材料的热导率在很大程度上决定于填充气体的种类。低温工程中如果填充氦气或氢气，可作为一级近似，认为绝热材料的热导率与这些气体的热导率相当，因为氦气和氢气的热导率都比较大。
7、比热容 绝热材料的比热容对于计算绝热结构在冷却与加热时所需要冷量（或热量）有关。在低温下，所有固体的比热容变化都很大。 在常温常压下，空气的质量不超过绝热材料的5%，但随着温度的下降，气体所占的比重越来越大。因此，在计算常压下工作的绝热材料时，应当考虑这一因素。 8、线膨胀系数 计算绝热结构在降温（或升温）过程中的牢固性及稳定性时，需要知道绝热材料的线膨胀系数。如果绝热材料的线膨胀系数越小，则绝热结构在使用过程中受热胀冷缩影响而损坏的可能性就越小。大多数绝热材料的线膨胀系数值随温度下降下降而显著下降。
Thermo-Calc 概述：（原产地:瑞典）热力学计算软件的开拓者，软件开发历史比较悠久，因此软件功能比较完善和强大，所涉及的领域比较广泛，包括冶金、金属合金、陶瓷、熔岩、硬质合金、粉末冶金、无几物等等，产品主要包括TCC、TCW、DICTRA、二次开发工具和数据库。 软件功能：1、热力学——相图、热力学性能、凝固模拟、液相面、热液作用、变质、岩石形成、沉淀、风化过程的演变、腐蚀、循环、重熔、烧结、煅烧、燃烧中的物质形成、CVD 图、薄膜的形成、CVM 计算，化学有序 - 无序等等。2、动力学（DICTRA）——扩散模拟，如合金均匀化、渗碳、脱碳、渗氮、奥氏体/铁素体相变、珠光体长大、微观偏析、硬质合金的烧结等等。 数据库：TC的数据库比较多，甚至可以说杂来形容，呵呵，TC自己做的最好的数据库应该是Fe，当然现在也有像Ni等等的自己开发的数据库，但是大部分数据库都是利用第三方的，如有色金属（Al、Mg、Ti等）是英国ThermoTech的。当然TC的同盟战线非常广，所以相应可用的数据库也就非常多，包括众多无几物数据库、陶瓷数据库、硬质合金数据库、核材料数据库等等。 优势：软件功能强大、用户群较大方便交流、软件扩展性能好、灵活性强、适用范围广。 缺点：操作界面不是很友好，很难上手，动力学（扩散）数据目前不是很全，计算引擎技术滞后（主要表现在初始值方面）。 适用范围：适合于科学研究，尤其是理论研究，从行上来讲非常适合黑色金属行业，当然陶瓷、化工等行业也是首选（因为其他没有软件有这方面的数据库和功能）。
Pandat 概述：（原产地:美国，全是中国人开发，呵呵）热力学计算软件的后起者，或者说新秀吧，呵呵！主要是抓住竞争对手界面不友好和需要计算初值的弱点发展起来的，目前主要是在金属材料也就是合金行业中发展，产品包括Pandat、PanEngine和数据库。 软件功能：相图计算、热力学性能、凝固模拟、液相投影面、相图优化以及动力学二次开发（注意二次开发要在C++环境中进行）等。 数据库：Pandat的数据库主要的优势还在于有色金属方面，尤其是Mg和Al的数据应该是全球最优秀的，除此之外还有自己开发的Ti、Fe、Ni、Zr等，以及日本的Cu和Solder数据库。 优势：界面非常友好，容易上手不要很多的计算机知识，计算引擎先进（其实就是算法比较好），可二次开发。 缺点：功能不是很完善，适用面比较窄（暂时只能用于金属行业） 适用范围：适合于科学研究，工程应用，但目前只推荐用于金属行业。 另外推出了Demo版，对于二元体系是完全免费的，因此推荐大家下载使用，当然可用于发表文章。 这里可以下载： JMatPro 概述：（原产地：英国，和ThermoTech是一家，主要是做数据库的），定位非常新颖，主要
摘要：近年来，各种复合材料制备技术日益更新，从陶瓷基复合材料、金属基复合材料到聚合物基复合材料，各种制备技术都得到了很大改善，使得复合材料的性能和应用得到了显著提高。本文综述陶瓷基复合材料、金属基复合材料、聚合物基复合材料等几种重要的研究方法以及应用。 关键词：先进，复合材料，制造技术。 正文：一·陶瓷基复合材料 工程陶瓷的开发是目前国内外甚为重视的新型材料研究领域。纯陶瓷材料因其脆性，不能满足苛刻条件下的使用要求。因此，目前广泛采取增韧技术来提高陶瓷的使用性能。纤维和晶须增韧陶瓷是一类有效的方法。用纤维来增韧陶瓷的技术是十年代以后开始的，最初是用碳纤维增强陶瓷，八十年代以来又开发了用陶瓷纤维和晶须增韧陶瓷，增韧效果不断取得进展，增韧技术也不断有所创新。连续纤维增强陶瓷基复合材料是最有前途的高温结构材料之一，以其优异的高韧性、高强度得到世界各国的高度重视。 连续纤维补强陶瓷基复合料(Continuous Fiber Reinforced Ceramic Matrix Composites，简称CFCC)是将耐高温的纤维植入陶瓷基体中形成的一种高性能复合材料。由于其具有高强度和高韧性，特别是具有与普通陶瓷不同的非失效性断裂方式，使其受到世界各国的极大关注。连续纤维增强陶瓷基复合材料已经开始在航天航空、国防等领域得到广泛应用.20世纪70年代初，科学家在连续纤维增强聚合物基复合材料和纤维增强金属基复合材料研究基础上，首次提出纤维增强陶瓷基复合材料的概念，为高性能陶瓷材料的研究与开发开辟了一个方向。随着纤维制备技术和其它相关技术的进步，人们逐步开发出制备这类材料的有效方法，使得纤维增强陶瓷基复合材料的制备技术日渐成熟。 由于纤维增强陶瓷基复合材料有着优异的高温性能、高韧性、高比强、高比模以及热稳定性好等优点，能有效地克服对裂纹和热震的敏感性[5-6]，因此，在重复使用的热防护领域有着重要的应用和广泛的市场。连续纤维增韧陶瓷基复合材料具有类似金属的断裂行为，对裂纹不敏感，不会发生灾难性破坏。其耐高温和低密度特性，使其成为发展先进航空发动机、火箭发动机和空天飞行器防热结构的关键材料。 二·金属基复合材料 金属基复合材料具有比强度高，比刚度高，耐热，耐磨，导热，导电，尺寸稳定等优点，是一种很有发展前途的新材料，金属基复合材料广泛应用于制造航空抗天零部件，也用于制造各种民用产品。 按基体分，金属基复合材料分为：铝基、镁基、钛基、锌基、铁基、铜基等金属基复合材料；按增强材料分，可分为：纤维增强金属基复合材料；其纤维有C、SiC、Si3N4、B4C、Al2O3等纤维；粒子增强金属基复合材料，增强粒子有：Al2O3、TiC、SiC、Si3N4、BN、SiC、MgO等。 纤维增强金属基复合材料的制造方法： （1）叠层加压法：工艺过程是：将金属（合金）箔片或纤维增强金属片按要求剪裁，并一层一层的进行叠层，然后加热加压进行成型和连接，一般是在真空或气体中进行。适于这种方法的材料有铝、钛、铜、高温合金，其增强纤维随需要而定。为了改善连接性能，有事在两片之间加入中间金属或在待连接表面涂覆或沉积一层中间金属。 （2）辊轧成型连接法：其主要的基材是铝、钛箔片，增强纤维主要是B、C、SiC、Si3N4等，有时在基材表面要涂覆一层低熔点的中间金属，增强纤维表面要预先浸沾铝或经物理气相沉积（PVI）、化学气相沉积（CVI）处理。 （3）钎焊法：在增强纤维与基材之间加入箔状、粉末状或膏状的钎料，经真空钎焊或保护钎焊而成。钎焊法可以制造管材、型材、叶片等。 （4）热等静压法：如图2所示，其工艺过程是：将纤维与基材进行叠层并装入一模具中，
Trans. Nonferrous Met. Soc. China 23(2013) 3714?3721 Elastic and thermodynamic properties of Re2N at high pressure and high temperature Mei-guang ZHANG1, Hai-yan YAN2, Qun WEI3, Duo-hui HUANG4 1. Department of Physics and information Technology, Baoji University of Arts and Sciences, Baoji 721016, China; 2. College of Chemistry and Chemical Engineering, Baoji University of Arts and Sciences, Baoji 721013, China; 3. School of Physics and Optoelectronic Engineering, Xidian University, Xi’an 710071, China; 4. Computational Physics Key Laboratory of Sichuan Province, Yibin University, Yibin 644007, China Received 24 September 2012; accepted 14 April 2013 Abstract: First principles calculations are preformed to systematically investigate the elastic and thermodynamic properties of Re2N at high pressure and high temperature. The Re2N exhibits a clear elastic anisotropy and the elastic constants C11 and C33vary rapidly in comparison with the variations in C12, C13 and C44 at high pressure. In addition, bulk modulus B, elastic modulus E, and shear modulus G as a function of crystal orientations for Re2N are also investigated for the first time. The tensile directional dependences of the elastic modulus obey the following trend: [0001][1211][1010][1011] E E E E >>>. The shear moduli of Re2N within the (0001) basal plane are the smallest and greatly reduce the resistance of against large shear deformations. Based on the quasi-harmonic Debye model, the dependences of Debye temperature, Grüneisen parameter, heat capacity and thermal expansion coefficient on the temperature and pressure are explored in the whole pressure range from 0 to 50 GPa and temperature range from 0 to 1600 K. Key words: Re2N; transition metal nitrides; elastic properties; thermodynamic properties 1 Introduction Transition metal nitrides are of great interest in both fundamental science and technological applications because of their unusual physical and chemical properties [1?3]. Traditional applications have taken advantage of the hard and refractory nature of many early transition metal nitrides, such as TiN, CrN and HfN. In contrast, not too much success has been achieved in exploring the late transition metal nitrides, especially for platinum group and noble metals nitrides. Until recently, a significant progress in synthesis of the dinitrides of Pt, Ir, Os, and Pd has been made at extreme conditions (approximately 50 GPa and 2000 K) [4?7]. These nitrides have been shown to possess ultrahigh bulk moduli (428 GPa for IrN2) comparable with those of the traditional superhard materials, thus exhibiting interesting mechanical properties. Extensive studies [8?13] are therefore carried out in order to hunt for new potential superhard transition metal nitrides. More recently, FRIEDRICH et al [14] have succeeded in synthesizing two novel rhenium nitrides (Re2N and Re3N) and characterized them using white beam Laue microdiffraction. Both hexagonal phases have very high bulk moduli (> 400 GPa); close to that of c-BN and higher than that of ReB2. Between these two nitrides, the Re2N adopts hexagonal structures with a space group P63/mmc, and the atomic positions are Re (1/3, 2/3, 0.106) and N (1/3, 2/3, 3/4). Following this exciting work, FRIEDRICH et al [15] and DELIGOZ et al [16] investigated the vibrational properties of the hexagonal Re2N. ZHANG et al [17] later have studied the thermodynamic stability and mechanical properties as well as a bond deformation mechanism of Re2N. The structural, electronic, and elastic properties of Re2N have been also investigated at ambient conditions [18?21], and the Re2N was found to be an ultra-incompressible Foundation item: Project (11204007) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project (2012JQ1005) supported by Natural Science Basic Research Plan of Shaanxi Province, China; Project (2013JK0638) supported by the Education Committee Natural Science Foundation of Shaanxi Province, China Corresponding author: Mei-guang ZHANG; Tel: +86-917-3364258; E-mail: zhmgbj@https://www.doczj.com/doc/3715944767.html, DOI:10.1016/S1003-6326(13)62921-0