Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Коэффициенты теплопроводности в системе ванадий-кремний

30.05.2019

Теплопроводность металлического ванадия изучалась как в области низких, так и высоких температур. Согласно данным Розенберга, коэффициент теплопроводности ванадия между 4,3 и 22° К линейно растете изменением температуры: Л ~ 0,33 T вт/(м*град). При этом, однако, не выполняется правило Видемана и Франца (Л>LTp-1), что, по-видимому, говорит о заметном вкладе решеточной теплопроводности даже при очень низких температурах.

При повышенных температурах теплопроводность ванадия изучалась рядом авторов. Их сводка приведена, например, в справочнике Чиркина. Оказывается, что эти данные в области температур от 100 до 1800° К неплохо аппроксимируются полиномом:
Коэффициенты теплопроводности в системе ванадий-кремний

Следует заметить, что параболическую зависимость Л (T) в последующем не подтвердили исследования Неймарк и соавторов, а также Зиновьева и Кренциса. В первой из этих работ была показана выполнимость (вплоть до 1700° К) линейного соотношения: Л = 33,5 + 7*10в-3 T вт/(м*град). Во второй же работе методом плоских температурных волн изучали температуропроводность (а) ванадия высокой чистоты между 870 и 2130° К. При этом выяснилось, что она слабо меняется с ростом температуры вплоть до 1800° К (а = 1,15 м2/сек), а затем быстро убывает, возможно из-за образования равновесных термических вакансий. В связи с этим, а также с учетом рассмотренных выше зависимостей теплоемкости (Cр) и плотности (d) от температуры было показано, что теплопроводность (Л = aCpd) почти линейно увеличивается с ростом температуры. В частности, между 1000 и 1800° К неплохо выполняется выражение: Л = 35 + 7*10в-3Т (вт/(м*град), близкое к установленному Неймарк и соавторами. Интересно, что приведенные значения теплопроводностей лишь не намного (на — 10%) превышают результаты расчетов по формуле Видемана-Франца-Лоренца с использованием данных об электропроводности ванадия, установленных Неймарк. Это говорит о решающем вкладе электронов в перенос энергии (Ле=0,9Л).

Образование твердых растворов кремния в ванадии, как это обычно бывает при введении примесей в металлы, ведущее к усилению рассеяния электронов и фононов, ведет к существенному снижению теплопроводности. В частности, по данным, при введении в ванадий 1 % Si коэффициент его теплопроводности снижается примерно на 25%.

Сведения о теплопроводности силицидов ванадия немногочисленны.

Так, согласно Нешпору, изучавшему их теплопроводности методом Иоффе при средней температуре 40° С, они составляют 13,0; 11,4 и 11,9 вт/(м*град) для V3Si, V5Si3 и VSi2 соответственно. Электронные же составляющие (Ле), рассчитанные по результатам ранее выполненных (на других образцах) измерений электропроводности (с помощью закона Видемана-Франца-Лоренца) оказались равными 3,5; 6,3 и 9,9 вт/ (м*град) соответственно. Иными словами, по данным Нешпора, полная теплопроводность силицидов ванадия мало чувствительна к их составу, в то время как электронная растет с увеличением NSi от V3Si к VSi2.

Более обстоятельно термические свойства дисилицида ванадия исследовали Островский и Кренцис.

В их первой работе, посвященной изучению высших силицидов, ванадия, марганца и кобальта, было показано, что теплопроводность VSi2 весьма быстро убывает с ростом температуры от 60 до 150° К, а затем вплоть до 360° К остается практически неизменной [Л60°=56; Л150° = 28; Л300° = 24,9 вт/(м*град)]. Одновременно линейно растет и его электропроводность. Поскольку исследование проводилось при температурах, заметно меньших дебаевской, постольку использование закона Видемана-Франца-Лоренца не обеспечивало достаточной точности в расчете электронной теплопроводности. Это, в частности, видно из того, что при 100°K Ле=Ле, а при более низких температурах вычисленная решеточная теплопроводность оказалась даже отрицательной. Это, очевидно, обусловлено неупругим рассеянием электронов на фононах. Наконец, было найдено, что при комнатной температуре К = 24,9; Ле = 16,3 и Лреш = 8,6 вт/(м*град). Эти значения примерно вдвое превышают установленные в работе.

Во второй работе Островский и Кренцис расширили температурный диапазон исследований до 1600° К. При этом выяснилось, что между 300 и 1200° К зависимости Л(T) и Ле(T) носят линейный характер (Л = 23,9 + 3,35*10в-3Т вт/(м*град); Ле = 13,5 + 6,25*10в-3Т вт/(м*град); при более же высоких температурах X достаточно быстро и прогрессивно уменьшается, достигая 24,8 вт/ (м*град) при 1600° К. Авторы не исключают, что это обусловлено рассеянием фононов на термических вакансиях. В заключение отмечается, что вклад электронной проводимости с ростом температуры несколько возрастает, составляя 65, 75 и около 100% соответственно при 300, 1200 и 1600° К.

Согласно данным, коэффициент теплопроводности VSi2 при 1000° С составляет 20 вт/(м*град) и монотонно убывает с ростом температуры до 13 вт/(м*град) при 1400° С. Теплопроводность VSi2 изучалась также в работе.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: