物质内部的热导是由于物质内部各种微观粒子的碰撞,因此,材料的晶体结构以及显微结构的任何变化都将直接引起热导率的变化。每一种因素对不同物质热导率的影响不仅程度不同,而且由于各种物质导热的载体不同和结构不同的差别,影响的物质或方向有时会截然相反。
一般讲;影响非金属无机粉体的热导率有两大因素,一个是化学因素另一个是物理因素。
1,1化学因素
任何物质或材料其化学组份越是复杂,杂质含量越高或者加入另一组份形成的固溶体越多,热导率下降越显著。原因是由于第二相组份和杂质的加入,或者固溶体的形成破坏了晶相的完整性,容易引起或产生晶格的歪扭、畸变、位错,使得晶体结构变得更复杂,于是在原来晶体中产生一种类似热运动的附加“扰乱”,于是引起声子或电子的平均自由程减少,热导率下降。
固溶体杂质降低热导率的程度取决于所加杂质与原物质在结合能、质量。尺寸上的差别。由于热散射的平均自由程随温度升高而急剧下降,所以杂质降低热导率的作用还与所处温度、密度密切相关。
1,2物理因素
影响物质热导率的物理因素主要有温度、晶体结构、分子量、密度、弹性模量以及气孔影响等。
温度;除氧化锆等个别晶体外,无机非金属晶体热导率在室温上几乎都与绝对温度的倒数成正比,或热阻与绝对温度近似成正比。
晶体结构;晶体结构越复杂其热导率越低。如MgAI2O4与AI2O3和MgO结构相似,而且它们的热熔、热胀系数、弹性模量都接近,但由于前者结构复杂,其热导率比后两者低很多。多晶在结构上的完整性及规则性均比单晶差,加上晶界上杂质和畸变等影响,使得声子散射增加,这种效应在较高温度下更显著。
密度;理论密度越小,则德拜温度越大,热阻越小,热导率也就越大。常规讲:比较轻的物质一般有着比较大的热导率。压缩系数越小或者杨氏模量越大的物质,德拜温度越大,热阻越小,热导越大,因此,结合能比较大的物质一般具有较大额热导率。原子量越小的物质,德拜温度越大,热阻小,热导率则越大,如:金刚石的热阻比较重的硅小,因此金刚石的热导也就越大。
气孔影响;气孔能引起声子散射,由于气体热导率远远低于固体材料的热导率。因此,气孔总是能降低热导率的,在较高的温度下,气孔率越高,材料热导率越低,理论研究证明,气孔有效热导率与气孔尺寸、热发射率和温度三次方成正比关系。气孔热导率一般随温度的升高而增大,在同样的温度下,气孔尺寸越小热导率越低。气孔越大有效热导率越大。