費勉100問第九期 | 真空中的材料

23.材料的導(dǎo)熱性和比熱容之間有沒有什么聯(lián)系，如導(dǎo)熱好的一般比熱容更?。?/strong>

如果我們把熱量比作水的話，那么單位材料的導(dǎo)熱和比熱容分別可以看作水池進出水的口徑以及水池的容量，這兩個參數(shù)之間并沒有直接的關(guān)系。

最簡單的舉例，水和銅：

液態(tài)水的比熱容是4200 J/(kg·K)， 熱導(dǎo)率是 0.6 W/mK

銅單質(zhì)的比熱容是 399 J/(kg·K)， 熱導(dǎo)率是 401 W/mK

兩者之間的大小關(guān)系并不統(tǒng)一。

簡單來說，比熱容是代表著單位重量的材料每升高一度所需要的熱量，而熱導(dǎo)率是材料傳遞熱量的難易程度。兩者并不具有直接關(guān)聯(lián)。

24.PBN加熱器的工作原理是什么？絕緣層是什么材料？
PBN材料是指熱解氮化硼材料，通過CVD高溫沉積獲得。而BN指的是立方氮化硼，通過熱壓獲得。由于獲得工藝不同，PBN零部件的常見厚度小于等于3mm。

而PBN加熱片指的是在PBN基板上，沉積一層薄薄的石墨，通過加工（激光雕刻）形成石墨帶，形成石墨加熱器。最后在石墨層上面再覆蓋一層PBN覆蓋層（露出電極部分）成為完整的石墨加熱器。所以，基板和上面的絕緣覆蓋層都是PBN，發(fā)熱體是石墨帶。

▲PBN加熱器

PBN加熱片具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐腐蝕等優(yōu)點，一般最高樣品加熱溫度1200℃左右，可以在E-5mbar氧氣氛圍下工作。工作時需要注意避免大幅快速升降溫引起PBN覆蓋層和石墨層脫離，同時還要注意確保電極良好的電接觸，避免接觸處過熱，損壞電極。

25.PBN和氧化鋁的的性能區(qū)別和選用標(biāo)準(zhǔn)？

兩者都屬于我們非常常見的真空內(nèi)絕緣陶瓷，但是使用環(huán)境和條件略有不同，我們需要從兩者加工工藝角度來展開講：
PBN的加工依賴于CVD氣相生長，由氨和硼的鹵化質(zhì)反應(yīng)，在真空環(huán)境下，反應(yīng)蒸汽在模具表面形成層狀的生長，一層層的凝結(jié)最后形成需要的PBN零件。
請注意PBN要和BN區(qū)別開，就在于PBN是熱分解后（Pyrolytic）形成的。參見上一問。通過控制生長參數(shù)達到指定的厚度后就可以結(jié)束生長，并通過脫模把PBN零件和模具分離開。
利用這種工藝生長出來的零件的特點很明顯：
純凈度高，因為是真空環(huán)境下生長出來的。
厚度可控，可以做到很薄，因為這個本來就是層狀沉積出來的，只要控制好生長參數(shù)，可以做到很薄，甚至0.1mm（這里不考慮結(jié)構(gòu)強度）。
精度較高，生長的時候?qū)嶋H的氮化硼薄膜緊貼模具，幾乎可以認(rèn)為是模具的外延，因此PBN零件的精度完全取決于模具的精度。而這個模具依賴于機械加工，可以達到很高的精度。

氧化鋁的生產(chǎn)就是另一種方式，簡單來說，氧化鋁部件的生產(chǎn)分成型和燒結(jié)兩個步驟，它的原始材料是氧化鋁粉體，若制造高純氧化鋁陶瓷制品，除氧化鋁純度在99.99％外，還需超細(xì)粉碎且使其粒徑分布均勻。為了保證燒結(jié)的時候的穩(wěn)定性，一般原料中還需要加入穩(wěn)定劑，常見的穩(wěn)定劑有氧化鋯等材料。
在準(zhǔn)備好合理的粉體材料后，就可以準(zhǔn)備進入成型流程，氧化鋁陶瓷制品成型方法有干壓、注漿、擠壓、冷等靜壓、注射、流延、熱壓與熱等靜壓成型等多種方法。對于我們在高溫超高真空環(huán)境的使用部件，一般采用干壓成型工藝：氧化鋁陶瓷干壓成型技術(shù)僅限于形狀單純且內(nèi)壁厚度超過1mm，長度與直徑之比不大于4∶1的物件。成型方法有單軸向或雙向。壓機有液壓式、機械式兩種，可呈半自動或全自動成型方式。壓機最大壓力為200Mpa，產(chǎn)量每分鐘可達15～50件。由于液壓式壓機沖程壓力均勻，故在粉料充填有差異時壓制件高度不同。而機械式壓機施加壓力大小因粉體充填多少而變化，易導(dǎo)致燒結(jié)后尺寸收縮產(chǎn)生差異，影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此干壓過程中粉體顆粒均勻分布對模具充填非常重要。
將顆粒狀陶瓷坯體致密化并形成固體材料的技術(shù)方法叫燒結(jié)。燒結(jié)即，將坯體內(nèi)顆粒間空洞排除，將少量氣體及雜質(zhì)有機物排除，使顆粒之間相互生長結(jié)合，形成新的物質(zhì)的方法。燒成使用的加熱裝置廣泛使用電爐。除了常壓燒結(jié)，即無壓燒結(jié)外，還有熱壓燒結(jié)及熱等靜壓燒結(jié)等。連續(xù)熱壓燒結(jié)雖然提高產(chǎn)量，但設(shè)備和模具費用太高，此外由于屬軸向受熱，制品長度受到限制。熱等靜壓燒成采用高溫高壓氣體作壓力傳遞介質(zhì)，具有各向均勻受熱之優(yōu)點，很適合形狀復(fù)雜制品的燒結(jié)。由于結(jié)構(gòu)均勻，材料性能比冷壓燒結(jié)提高30～50％，比一般熱壓燒結(jié)提高10～15％。因此，目前一些高附加值氧化鋁陶瓷產(chǎn)品或國防軍工需用的特殊零部件、如陶瓷軸承、反射鏡、核燃料及槍管等制品均采用熱等靜壓燒成方法。
由以上的加工工藝，我們可以做一張列表