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陶瓷材料導熱機理
當某種固體材料的兩端出現溫度梯度時，熱量從高溫區域傳遞到低溫區域。發生這種現象是由材料的微觀機制決定的，高、低溫區域的微觀粒子因具有不同的動能而相互“碰撞”，發生了能量的交換，傳遞了熱量。
陶瓷材料作為固體材料具有排布規則的粒子，其熱傳導就需要依靠粒子的振動。這些粒子在其平衡位置上以不同的頻率和振幅不斷作微小的振動，且溫度升高振動愈劇烈。由于固體中粒子之間的吸引力很強，所以其中任意一個發生振動時，就會帶動其它粒子以相同的運動狀態運動，形成類似簡諧運動的點陣波，當它被量子化時就被稱為聲子。
由于聲子屬于波的一種，它們之間會發生散射，而且材料的雜質、氣孔和晶界都會在聲子傳播過程中阻礙其運動，這就產生了熱量傳遞的阻力。這也合理解釋了材料實際導熱率遠遠小于理論熱導率的現象。
致密度對陶瓷材料的性能有著直接顯著的影響，對于導熱性能來說，陶瓷材料的致密度越高其導熱性能越好，主要體現在材料的低氣孔率，即氣孔越少，聲子傳播的阻力越小，陶瓷材料的導熱性能越好。
粉體原料的純度對氧化鋁陶瓷導熱性能的影響
陶瓷材料的導熱性能受雜質含量的影響很大，主要分為兩種形式，一是粉體原料的純度；二是在燒結過程中所添加的燒結助劑，添加助劑對提高陶瓷材料的致密度有很大作用，但同時也相當于引入了雜質，對其導熱性能產生了不利的影響。
陶瓷原料的純度指的是材料中主要成分占總成分的百分含量。陶瓷粉體中或多或少都會含有雜質，這些雜質包括一些氧化物或金屬離子，以及一些雜相。例如，氧化鋁中的雜質往往為制備過程中的粉塵、大顆粒異物、設備加工帶入的金屬雜質等。
除此之外，還包括一些雜相，比如結構疏松的β-Al2O3、γ-Al2O3，若其存在會影響材料成型之后的密度，從而影響導熱性能。另外，氧化鋁陶瓷粉體中還會存在一些雜質離子，如Na+、K+、Mg+和Ca2+等，它們的存在會加強粒子對聲子的散射、增加聲子傳播自由程，使材料的熱導率降低。
粉體的粒度分布對氧化鋁陶瓷導熱性能的影響
在陶瓷材料的制備過程中，粉體的制備是非常重要的一個環節，其粉體的性能直接決定了陶瓷成品的性能。粉體的性能主要取決于粉體的粒度分布和微觀形貌。
粉體的粒度分布主要影響陶瓷材料的晶粒尺寸和燒結性能。研究人員研究粉末的粒度分布對氧化鋁陶瓷材料致密度的影響，結果表明無論使用較寬或窄粒度分布的粉體都可以制備出密度近乎99%的氧化鋁陶瓷，而且其晶粒尺寸可以保持在1μm左右，但是，較寬的粒度分布可以提高粉末壓制的生坯的密度，能夠使材料以較小的收縮率進行致密化過程，主要原因是粒度分布寬的粉體中存在的大顆粒會形成較多空隙，這些空隙在成型過程中會被細顆粒所填充。
研究人員對此進行了更深的研究，他們將燒結分為初、中、后期三個階段，較寬粒度分布的粉體因提高了生坯的密度而在燒結初期使陶瓷的致密化速率加快，除此之外，在燒結中期，寬粒度分布的粉體提高了晶粒生長的速率，材料中的封閉隔離孔被嵌入較大的顆粒狀基體中，因此具有更好的燒結性，而且有助于在燒結后期保持較高的燒結速度。但是較寬的粒度分布會導致材料局部顆粒的堆積而產生致密化的差異，甚至在超過一定的粒度分布時，燒結體的晶粒尺寸會過大，孔結構變粗。為了獲得高度致密化的氧化鋁陶瓷，在粉體粒度分布的選擇中，成型與燒結方式的選擇起到了關鍵性的作用。所以，粉體的粒度分布對于陶瓷材料的密度影響很大，繼而決定了陶瓷的導熱性能。
粉體的形貌對氧化鋁陶瓷導熱性能的影響
規則形貌的氧化鋁粉體在燒結過程中會對陶瓷材料的性能產生很大影響，研究人員認為具有合理的顆粒粒度及顆粒級配的粉料、通過加入粘結劑對粉末進行造粒，使其具有更好的流動性對后續的成型和燒結會產生積極的影響。在這其中造粒工藝就是讓粉體在粘結劑的作用下形成類球狀的形貌，這也間接表明球形氧化鋁在成型和燒結過程中對提高陶瓷的致密度有著積極的作用。
因此可以發現，粉體的性能（形貌和粒度）影響著陶瓷燒結的性能，這也意味著陶瓷的導熱性與其密不可分，片狀粉體進行成型和燒結之后密度較低，氣孔率較高，研究人員初步推測出其熱導率不高；而球形氧化鋁粉體可以制備出高密度的透明陶瓷，因此可以判斷使用球形粉體制備導熱陶瓷是一個合適的選擇。但是目前形貌對導熱性影響的相關研究并不多見，尚缺乏實驗依據。
資料來源：
夏尊，改性氧化鋁粉體對其燒結性及導熱性的影響，大連交通大學
（中國粉體網編輯整理/平安）
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