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激光闪射法测试氮化硅结合碳化硅材料导热系数的研究(王东)

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2025-06-26 03:34:20

在现代高温结构材料领域,氮化硅结合碳化硅(Si₃N₄-SiC)因其优异的热稳定性、抗热震性和机械强度,被广泛应用于航空航天、核能和高温工业设备中。在这些应用中,材料的热传导性能是影响其使用效率和寿命的重要因素之一。因此,准确测定该类材料的导热系数具有重要的工程意义。

近年来,随着材料科学的发展,多种测量方法被用于评估材料的热导率。其中,激光闪射法(Laser Flash Analysis, LFA)因其操作简便、测试速度快、精度高而成为一种主流手段。该方法通过向样品表面瞬间照射一束激光,引起材料局部温度升高,并利用红外探测器记录样品背面温度随时间的变化曲线,从而计算出材料的热扩散率,再结合比热容和密度等参数,最终得到导热系数。

本研究采用激光闪射法对氮化硅结合碳化硅材料的导热系数进行了系统测试。实验过程中,首先制备了不同成分比例的Si₃N₄-SiC复合材料试样,并对其微观结构进行了扫描电镜(SEM)分析,以确保样品的均匀性和致密性。随后,在标准测试条件下进行激光闪射实验,记录温度响应曲线,并通过专业软件对数据进行处理与分析。

实验结果表明,随着氮化硅含量的增加,材料的导热系数呈现出先上升后下降的趋势。这可能是由于氮化硅具有较高的热导率,但其在材料中的分布状态及界面结合情况对整体导热性能有显著影响。此外,实验还发现材料的孔隙率和晶粒尺寸也对导热系数有一定影响,孔隙率越高,导热性能越差;而晶粒尺寸增大有助于提高热传导效率。

通过对实验数据的深入分析,本研究不仅验证了激光闪射法在测定Si₃N₄-SiC复合材料导热系数方面的有效性,也为进一步优化该类材料的配方设计提供了理论依据。未来的研究可以结合其他测试方法,如稳态法或瞬态平面热源法,进行多角度对比分析,以更全面地评估材料的热物理性能。

总之,本研究通过激光闪射法对氮化硅结合碳化硅材料的导热系数进行了系统研究,为相关材料在高温环境下的应用提供了重要参考,同时也为后续材料性能优化和工程设计奠定了基础。

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