Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Коэффициент теплопроводности силицидов железа

01.06.2019

Сведения о теплопроводности силицидов железа в области температур ниже комнатной содержатся лишь в работе Островского и Кренциса. Авторы изучали теплопроводность Л и электропроводность а однофазных препаратов моносилицида железа (выплавленных из весьма чистых компонентов) между 60 и 360° К. При этом выяснилось, что различие в характеристиках моно- и поликристаллических образцов невелико (3—5%) в силу чего на рис. 74 приводятся лишь зависимости Л(T), а также рассчитанные по экспериментальным данным об электропроводностях Ле=оLТ и Лреш = Л—Ле для монокристаллического образца (вдоль направления). Оказалось что при комнатной температуре Л=10,1 вт/(м*град), что практически совпадает с результатами Нешпора: 10,2 вт/(м*град) и заметно превышает величину 8,7 вт/(м*град), установленную Купровским для химически чистого сплава с 32% Si.
Коэффициент теплопроводности силицидов железа

Из результатов, приведенных на рис. 74, далее следует, что основной вклад в перенос тепла в моносилициде железа при низких температурах вносят фононы. Более того, выяснилось, что вплоть до 250°К Лреш=Т-0,80.

Известно, что в приближении правила Маттиссена решеточное теплосопротивление (Wр = Лреш-1) может быть представлено суммой теплосопротивлений, обусловленных рассеянием фононов на фононах (Wф), дефектах решетки (Wд), границах образца (Wгр) и электронах проводимости (Wэл). Можно показать, что в случае FeSi Wгр пренебрежимо мало, в то время как Wэл вплоть до 250° К должно быть пропорционально Tn где n>1 (за счет роста концентрации электронов и дырок). Фактически же полное решеточное сопротивление подчиняется зависимости W=Т0,8, что привело авторов к выводу об участии в теплопроводности и механизма биполярной термодиффузии.

Температурно-концентрационные зависимости коэффициентов теплопроводности большого числа сплавов технически чистых железа и кремния изучал между 20 и 1000°C Kyпровский. Сводные результаты его исследования, обобщенные в форме изотерм, представлены на рис. 75. Из этих данных видно, что легирования железа кремнием, а также кремния железом, ведущие к образованию силицидов, обусловливают резкое (на порядок) снижение теплопроводности, связанное с изменением ее механизма.

Влияние температуры на коэффициенты теплопроводности некоторых из изученных Купровским сплавов, близких по составу к стехиометрическим силицидам, отображают политермы, приведенные на рис. 76. Из них, в частности, видно, что теплопроводности Fe3Si, Fe5Si3 и FeSi более или менее монотонно растут с повышением температуры и в области умеренных температур убывают с увеличением концентрации кремния. В случае же а-лебоита имеет место экстремальная зависимость Л(t) с минимумом вблизи 650° С.

В последующем теплопроводности отожженных при 850° С сплавов железа с кремнием, содержащих от 38 до 100% Si, изучались методом Иоффе (при 20°С) Гулевской и Липатовой. При этом было изготовлено две серии сплавов (из технических и чистых компонентов), в которых присутствовали кристаллы р-лебоита, обладающие либо p-типом проводимости (технические сплавы), либо n-типом проводимости (чистые сплавы). Исследования показали, что больших различий в теплопроводности в-лебоита обоих типов нет: Лв=17 вт/(м*град). Мало они отличались и для сплавов, содержащих до 80% Si. Однако при больших значениях NSi чистые сплавы были заметно более теплопроводными и, в частности, для нелегированного кремния Л=117 вт/(м*град), а для технического Лтехн=92 вт/(м*град).

Обращает на себя внимание большая теплопроводность в-лебоита, заметно превышающая установленную для еа- и е-фаз. Необходимо отметить, что вклад в нее электронной составляющей весьма невелик. Действительно, согласно данным, удельные электропроводности технического и чистого в-лебоита равны 0,7 и 0.2 ом-1см-1. Используя закон Вндемана-Франца-Лоренца и полагая L = 2(к/е)2, находим Ле,техн = 3,1*10в-3 и Ле,ч = 0,9*10в3 вт/(м*град).

Следует заметить, что Нешпор нашел для дисилицида железа несколько меньшую теплопроводность 11,6 вт/(м*град) и больший вклад электронов Ле = 0,2 вт/(м*град). В связи с этим дальнейшее уточнение сведений о свойствах лебоита весьма желательно.

Оценка вклада решеточной составляющей для силицидов железа может быть осуществлена на основе простейших предположений о том, что тепловое сопротивление пропорционально квадрату коэффициента ангармоничности (W—в2), а коэффициент термического расширения — первой его степени (а—в), откуда, согласно Жузе, W=ka2. На основании анализа обильного экспериментального материала в работе было показано, что для полупроводников, в которых господствуют ковалентные связи, L = 0,411*10в12, в то время как для случая преобладания ионной связи L = 0,056*10в12 см*сек*град/кал. Исходя из этих соображений, в работе была сделана попытка обобщения результатов измерений Купровского. При этом выяснилось, что при содержании в сплавах свыше 45% Si L = 0,6*10в12 и мало зависит от состава.

Учитывая это обстоятельство, а также данные о коэффициентах термического расширения силицидов железа, рассмотренные выше, становятся понятными причины роста теплопроводности в ряду FeSi2,33—>FeSi2—>Si.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: