Теоретическая часть. Изучение тепло и электропроводности слоистых металлических композиционных материалов позволяет более точно определить природу процессов

Изучение тепло и электропроводности слоистых металлических композиционных материалов позволяет более точно определить природу процессов, происходящих при соединении одно- и разнородных металлов различными способами, а так же при дальнейших воздействиях на композитную систему, например, посредством высоких температур, пластической деформации или сочетанием нескольких видов воздействий одновременно. Это возможно благодаря тому, что тепло- и электрофизические свойства материала являются структурно-чувствительными и зависят от строения и состояния вещества.

Известно, что теплопроводность– это перенос теплоты структурными частицами вещества (молекулами, атомами, электронами) в процессе их теплового движения. Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур. Явление теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру тела, передаётся другому телу при их взаимодействии или передаётся из более нагретых областей тела к менее нагретым областям.

Явление теплопроводности обусловлено стремлением занять состояние более близкое к термодинамическому равновесию, что выражается в выравнивании температуры.

В установившемся режиме поток энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорционален градиенту температуры:

λ ^.gradT (6.1)

где — вектор потока тепла — количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси, λ — коэффициент теплопроводности (иногда называемый просто теплопроводностью), T — температура. Это выражение известно как закон теплопроводности Фурье. Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/(м·K).

Применительно к металлам теплопроводность осуществляется за счет движения электронов и фононов (тепловых колебаний атомов кристаллической решетки):

λ = λ_э+λ _реш (6.2)

При этом в нормальных условиях электронная составляющая гораздо больше фононной:

λ_э/ λ _реш≈10²

Таким образом, тепло- и электропроводность металлов определяются движением свободных электронов и между этими свойствами существуетсвязь, установленная законом Видемана-Франца:

(6.3)

где λ – коэффициент теплопроводности, σ – удельная электропроводность, Т – температура, L – число Лоренца.

Число Лоренца устанавливает пропорциональность отношения λ/σ термодинамической температуре, и является постоянной величиной для всех металлов. Однако для сплавов закон Видемана-Франца не применим, поскольку образование твердых растворов и химических соединений, дефекты и искажения кристаллической решетки(например, вследствие пластической деформации) затрудняют перемещение свободных электронов, что гораздо больше сказывается на электропроводности, чем на теплопроводности, которая может осуществляться так же за счет колебаний кристаллической решетки (движения фононов).