化学组成对热导的影响

不同组成的晶体，热导率往往有很大的差异。这是因为构成晶体质点的大小、性质不同，它们的晶格振动状态不同，传导热量的能力也就不同。一般说来，组成元素的原子量愈小、晶体的密度愈小、杨氏模量愈大、德拜温度愈高的，其热导率愈大，这样轻元素的固体或有大的结合能的固体热导率较大。如金刚石的λ=1.7×10^-2W/(m▪k）；而较重的硅、储的热导率则分别为1.0×10^-2w/（m▪k）和0.5×10^-2W/(m▪k）。

图4.1-21石英与石英玻璃热导率与温度关系

图4.1-22表示出某些氧化物和碳化物中阳离子的原子量与热导率的关系。可以看到，凡是阳离子的原子量较小的，即与氧或碳的原子量相近的氧化物和碳化物，其热导率比阳离子原子量较大的要大些，因此在氧化物陶瓷中Be0具有大的热导率。

晶体中存在的各种缺陷和杂质，会导致声子的散射，降低声子的平均自由程，使热导率变小。固溶体的形成同样也降低热导率，同时取代元素的质量、大小，与原来基质元素相差愈大，以及取代后结合力方面改变愈大，则对热导率的影响愈大，这种影响在低温时随着温度的升高而加剧，但当温度大约比德拜温度的一半更高时，开始与温度无关。这是因为极低温度下声子传导的平均波长远大于点缺陷的线度。

所以并不引起散射。随着温度升高平均波长减小，散射增加，在接近点缺陷线度后散射达到了大值，此后温度再升高，散射已无多少变化，而变成与温度无关了。

图4.1-22氧化物和碳化物中阳离子的原子量与热导率的关系

图4.1-23表示了MgO-NiO固溶体在不同温度下与组成的关系。可以看到在杂质浓度很低时，杂质效应是十分显著的，所以在接近纯MgO或纯NiO处，杂质含量稍有增加，λ值迅速下降，随着杂质含量的不断增加，杂质效应也不断缓和。另外从图中可以看到杂质效应在473K的情况下比1273K要强，倘是在低于室温下，杂质效应会强烈得多。