表2中的的石墨的补偿系数参考中南工业大学出版的粉末冶金电炉与设计；C/C的补偿系数由湖南南方搏云新材料有限责任公司提供。这里C/C- 2指的C/C材料是炭纤维增强炭基体、经过炭化和高温处理的复合材料，室温下的电阻率只有22×10ˉ⁶Ω•m；表中的C/C-1为没有经过高温处理的C/C材料，电阻率－温度补偿系数的波动大一些。也就是说，室温下的电阻率可在40～32×10ˉ⁶Ω•m。温度达到1650℃以上，这几种材料的电阻率就比较接近。
3.2 碳的热学性质
　　固体的热学性质热容、热膨胀系数、热导率等。单位物体的温度上升单位温度所需的热量。固体的热容量与固体中的晶格振动频率密切相关。固体的热容特征完全由他的德拜温度确定。德拜温度越高，弹性波速越大。在同样的温度下，石墨的热容比其他固体的单体小。这是因为石墨结晶的层平面内的碳原子的键结合牢固。晶格振动的特性，用德拜的特性温度表示。石墨和金刚石的德拜温度高于其他物质。只是石墨具有各向异性，即使是层平面的晶格振动，也是用两种德拜温度表示：面内2000K，面外1100K。室温附近的热容大约为2.0cal/(mol.K)。仅为一般单质固体的1/3。
　　温度引起的体积变化率称为热膨胀系数。格林埃森波的非谐作用，使得原子在振动时引起一定的斥力，从而引起热膨胀现象。石墨的热膨胀系数为炭－炭复合材料的好几倍。
　　单位时间通过单位截面传输的热能与温度梯度成正比。其中的比例系数k称为热传导系数或热传导率。把晶格热运动系统看成是声子气体，比照理想气体的传热理论，得到固体的热导率主要由声子的平均自由程决定。碳的同素异形金刚石和石墨的结构及物理特征差别很大，金刚石的德拜温度为1860K，常温下热膨胀系数为1×10－⁶K－¹,热导率为25W•cm－¹•K－¹。因此金刚石的热容量比较小，而热导率是所有材料中最高的。石墨晶体的热性质有着明显的各项异性，在层面上，石墨的德拜温度为2500K，常温下热膨胀系数为-1×10－6K－1，热导率为30 W•cm－¹•K－¹；而在c轴方向上，德拜温度为950K，常温下热胀系数为29×10－⁶K－¹，热导率为0.06 W•cm－¹•K－¹.。炭-炭复合材料的热导率取决于炭纤维含量、炭纤维的编织方式、热解炭的微观组织结构和孔隙率等。使用中间沥青炭纤维作为增强相、采用具有热导率高的热解炭基体，可以提高材料的热导率。高密度、纤维含量少的热解炭基体C/C复合材料，经过2900℃高温处理，热导率可达到380W.m－¹K－¹。对于准3维坯体制备的C/C复合材料，在垂直于纤维和平行于纤维方向的热导率存在显著的差别。热解炭的热导率是铜单晶的10倍，为2000W.m-¹K-¹；电阻率与银相当，为0.4μΩm。C/C复合材料是靠离域π电子和孔穴导电；晶格振动传播热量；所以，C/C材料的热导率和电阻率之间没有直接的关系，两者随着温度的变化规律有较大的差异。
　　炭素材料成为制备耐热炭材料的首选，因为C/C复合材料①直至很高温度不发生熔解和蒸发等相变化；②高温时不发生化学反应；③高温时强度高；④耐热冲击能力强等。提高C/C复合材料的导热性能，可以通过提高热处理温度、提高材料的石墨化度来实现。达到一定的石墨化度的C/C复合材料，导热率比金刚石还高。
　　C/C复合材料在中高温(低于1650℃)有较高的电阻率，采用较高的工作电压，可以减少短网损失。C/C复合材料的黑度系数高达0.95～0.99，在相同温度下，较其他材料辐射的能量大。因此在相同保温条件下可以减少电能消耗。C/C复合材料电热体的理论表面负荷达到200W/cm2以上，为其他发热材料的数十倍；C/C复合材料的设计成形和加工性能好，可以做成任意形状。与石墨加热器或任何一种加热介质相比,在同样的使用条件下C/C复合材料加热器节能30—70%。每瓦电每小时产生1.65大卡热量。C/C复合加热器材料产生远红外辐射,其红外波长集中于8—15μm,全法向发射率高达87%, 红外辐射转换率为70%以上。

 

作者： 来源：《太阳能发电》杂志 责任编辑：凌月

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