Теория теплопроводности в стекла

Теория теплопроводности основана на представлении о переносе теплоты в твердых неметаллических телах тепловыми упругими волнами—фононами. Теплопроводность вещества зависит от длины. свободного пробега фононов и степени нарушения гармоничности колебаний тепловых волн во время их прохождения через данное вещество. В связи с этим степень теплопроводности определяют структура вещества, число и вид ато-MQB и ионов, рассеивающих волновые колебания. Кристаллы с более сложным строением решетки, как правило, имеют более низкую теплопроводность, так как степень рассеивания тепловых упругих волн в такой решетке больше, чем в простой. Снижение теплопроводности наблюдается также при образовании твердых растворов, так как при этом возникают дополнительные центры рассеивания тепловых упругих волн. В стеклах, характеризующихся разупорядоченным строением, длина пробега фононов ае превышает межатомных расстояний, и теплопроводность стекла соответственно меньше, чем теплопроводность керамического материала, содержащего, как правило, значительное количество кристаллических фаз. [c.11]

Экснернментальные работы по теплопроводности при низких температурах широко развернулись после 1945 г. (в частности, в Оксфорде). Была разработана техника измереши , позволившая перекрыть интервал между гелиевыми и водородными температурами. Так, Мендельсон и Розенберг [85, 87] измерили теплопроводности большого числа металлов Берман, Уилкс и др. [5, 39, 41—43, 46] измерили теплопроводности нескольких неметаллов (крупные кристаллы, поликристаллы и стекла). Они подробно проверили основу теории решеточной теплопроводности, включая экспоненциальное изменение теплопроводности при низких температурах, предсказанное Паперл-сом. Так как реальность процессов переброса как при электрон-фононном так и при фонон-фононном взаимодействиях неоднократно подвергалась сомнению, было очень важно получить экспериментальное доказательство их существования. [c.225]

Из сравнения этой теории с результатами измерергай теплопроводности при высоких температурах, полученными Берманом [39] на кварцевом стекле при условии, что а = 5А, а и = 2-10 Mj en, вытекает, что В = 2,4. Соответствующая зависимость графически изображена на [c.244]

Подобным испытаниям подвергаются хрупкие материалы и изделия из них. Стойкость к термоударам зависит от температурного коэффициента линейного расширения материала поэтому для приблизительной оценки этой характеристики можно пользоваться соотношением Alai, в котором А — коэффициент, определяемый механической прочностью и теплопроводностью материала — температурный коэффициент линейного расширения. При неоднородности материала, а также дефектах роверхности (царапины и т. п.) стойкость к термоударам сильно снижается, что легко объяснимо теорией прочности хрупкого тела. Некоторые материалы, например стекло, подвергаются травлению плавиковой кислотой для повышения стойкости к термоударам так же действует закалка. [c.175]

Неметаллы и металлы рассматриваются параллельно. Основные экспериментальные методы (гл. 2), а также краткое изложение главных особенностей теплопроводности (гл. 3) относятся к обоим типам веществ. Далее рассматриваются фононы, являющиеся носителями тепла в неметаллах, механизмы их рассеяния и вклад в теплопроводность (гл. 4—8). Некристаллические твердые тела, например стекла, обсуждаются отдельно (гл. 9). Изучаются свойства электронов в металлах и их рассеяние, а также теплопроводность металлов и сплавов, обусловленная электронами и фононами (гл. 10—12). Так как теория электронов хорошо известна в связи с электропроводностью, она обсуждается более кратко, чем для фоно-нов. О теплопроводности сверхпроводников только упоминается. Наконец, рассматриваются полупроводники, в которых важны как решеточная, так и электронная теплопроводности (гл, 13). [c.12]

Клеменс [121] развил более подробную теорию для объяснения температурной зависимости теплопроводности, выделив в ней вклады от продольных и поперечных фононов. Колебания атомов по-прежнему разлагаются на нормальные моды, однако последние не являются плоскими волнами и взаимодействуют между собой (это взаимодействие Клеменс назвал структурным рассеянием ). Теплопроводность равна сумме вкладов от различных поляризаций и содержит три подгоночные постоянные. При наилучшем выборе этих параметров для описания экспериментов на прозрачном кварцевом стекле было найдено, что наибольший вклад при высоких температурах дает величина Ипопер, пропорциональная Т, в то время как Хпрод уменьшается медленно при возрастании температуры, При [c.162]

Клеменс [121] предложил другую модель, в которой фононы, переносящие тепло в стекле, могут резонансно рассеиватьХ я локализованными фононами, что приводит к появлению плато при температуре около 10 К, аналогично тому как образовывались провалы теплопроводности для кристаллов с замещенными молекулами (см. п. 2а 3 гл. 8). Теплоемкость стекла при низких температурах, найденная из измерений упругих постоянных, должна быть, согласно теории Дебая, несколько больше теплоемкости соответствующего кристалла. Однако, в то время как измеренная теплоемкость кристаллического кварца при низких температурах близка к значению, получаемому из измерений упругих постоянных, теплоемкость стекла остается значительно больше расчетной [69] аналогичное расхождение позднее обнаружили для полиметила метакрилата и полистирола Чой, Хант и Се-линджер [48]. Дрейфус и др. [62] предположили, что добавочные моды, приводящие к возрастанию теплопроводности, могут быть локализованными модами, осуществляющими резонансное рассеяние. [c.163]

Результаты сопоставления расчетных и опытных значений теплопроводности стекол различного состава, казаолсь бы, обосновывают возможность расчета теплопроводности стекол по неизменным свойствам исходных компонент. В работе [73] высказывается предположение, что совпадение результатов расчета с опытом связано с аморфной структурой стекла. Тем не менее приведенные результаты следует рассматривать скорее как подтверждение перспективности применения моделей и методов теории обобщенной проводимости к расчету теплопроводности стекол и как подтверждение необходимости дальнейших исследований в этой области. [c.171]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...