本文采用激光閃射法分別對(duì)不同成型方法制備的95氧化鋁和99氧化鋁陶瓷的熱導(dǎo)率進(jìn)行了測(cè)試計(jì)算，同時(shí)也對(duì)氮化鋁及氮化鋁基損耗陶瓷的熱導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)試計(jì)算，并與氧化鋁基金屬陶瓷進(jìn)行了比較，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作了初步分析。

　　隨著微波電子器件向著高功率、小型化、長(zhǎng)壽命、高可靠性的方向發(fā)展，對(duì)其中重要組成部件陶瓷材料的抗熱震性要求越來(lái)越高。眾所周知由于陶瓷材料在加工和服役使用過(guò)程中常會(huì)受到不同程度的冷熱沖擊，有時(shí)陶瓷零部件工作的環(huán)境是十分劇烈的。因此，抗熱震性是陶瓷材料的一個(gè)重要性能，而熱震也是導(dǎo)致陶瓷材料破壞的一種常見(jiàn)現(xiàn)象。

　　陶瓷部件在加工和使用中是否會(huì)出現(xiàn)熱震斷裂不僅與熱應(yīng)力密切相關(guān)，還與材料中應(yīng)力的分布、產(chǎn)生的速率和持續(xù)時(shí)間等有關(guān)，而陶瓷部件中實(shí)際熱應(yīng)力與熱導(dǎo)率、形狀大小、材料表面對(duì)環(huán)境進(jìn)行熱傳遞的能力直接相關(guān)。例如熱導(dǎo)率λ大，部件厚度小，表面對(duì)環(huán)境的傳熱系數(shù)小等都有利于制品的溫度趨于均勻而使制品的抗熱震性改善，此種情形下推導(dǎo)得到最大溫差為：

　　式中，δf為材料的強(qiáng)度極限，ν 為泊松比，λ 為熱導(dǎo)率，E 為彈性模量，α為熱膨脹系數(shù)，h為表面對(duì)環(huán)境的傳熱系數(shù)，rm為材料的半厚度。

　　對(duì)于因熱應(yīng)力使陶瓷發(fā)生瞬間斷裂的情況，材料的強(qiáng)度、彈性模量、熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率是主要影響因素。熱導(dǎo)率作為其中主要影響因素之一，應(yīng)受到更多的關(guān)注。因此對(duì)材料熱導(dǎo)率進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)試，可以為改善抗熱震性提供有效的依據(jù)，進(jìn)而為微波電子器件向高功率、小型化、長(zhǎng)壽命、高可靠性發(fā)展提供保障。

1、測(cè)試方法

　　1.1、原理

　　利用激光閃射法對(duì)制備樣品進(jìn)行測(cè)試，其原理為在一定設(shè)定溫度T(恒溫條件)下，由激光源在瞬間發(fā)射一束光脈沖，均勻照射在樣品下表面，使其表層吸收光能后溫度瞬時(shí)升高，并作為熱端將能量以一維熱傳導(dǎo)方式向冷端(上表面)傳播如圖1所示。使用紅外檢測(cè)器連續(xù)測(cè)量上表面中心部位的相應(yīng)溫升過(guò)程，得到類似于圖2的溫度(檢測(cè)器信號(hào))升高對(duì)時(shí)間的關(guān)系曲線。

　　通過(guò)計(jì)量圖中所示的半升溫時(shí)間(在接收光脈沖照射后樣品上表面溫度(檢測(cè)器信號(hào))升高到最大值的一半所需的時(shí)間)t50(或稱t1/2)，由式(2)：

圖1　熱端將能量向冷端傳播示意圖

圖2　溫度(檢測(cè)器信號(hào))隨時(shí)間變化關(guān)系曲線

　　式中d 為樣品厚度。可得到樣品在溫度T 下的熱擴(kuò)散系數(shù)α。由于導(dǎo)熱系數(shù)(熱導(dǎo)率)與熱擴(kuò)散系數(shù)存在如下關(guān)系：

　　在溫度T下的熱擴(kuò)散系數(shù)α(T)、比熱Cp(T)與密度ρ(T)已知的情況下便可計(jì)算得到導(dǎo)熱系數(shù)。其中密度由阿基米德原理測(cè)得，其隨溫度的變化可使用材料的熱膨脹系數(shù)進(jìn)行修正，比熱可使用文獻(xiàn)值或使用差示掃描熱量(DSC)法測(cè)量，也可在激光閃射法儀器中與熱擴(kuò)散系數(shù)同時(shí)測(cè)量得到(比較法)。

　　1.2、樣品制備

　　(1)將樣品研磨加工為直徑12.7mm 的圓片，其端面應(yīng)平行光滑，內(nèi)部材質(zhì)均勻，厚度根據(jù)高導(dǎo)熱樣品制得厚一些，低導(dǎo)熱樣品制得薄一些的原則進(jìn)行加工。

　　(2)將加工好的陶瓷樣品進(jìn)行表面涂覆。除了少數(shù)深色不透明、表面色澤均勻、反射率低的樣品外，對(duì)于一般的樣品均需進(jìn)行表面涂覆，涂覆材料通常使用石墨，目的是增加樣品表面對(duì)光能的吸收比與紅外發(fā)射率，且對(duì)透明/半透明樣品使光能僅在表層吸收并進(jìn)行表層檢測(cè)，避免透射/深層吸收/深層檢測(cè)現(xiàn)象。石墨涂層的厚度應(yīng)適度，既能保證材料表面的均勻有效遮覆，同時(shí)又不能太厚。

2、結(jié)論

　　本文通過(guò)對(duì)不同材料熱導(dǎo)率的測(cè)量和數(shù)據(jù)分析，得出了厚度變化對(duì)熱導(dǎo)率測(cè)試的影響以及對(duì)待測(cè)樣品厚度的估算方法，并給出了不同導(dǎo)熱率試樣厚度的參考范圍。同時(shí)，本文還給出了氧化鋁基和氮化鋁基衰減陶瓷熱導(dǎo)率隨溫度變化的曲線并將3種不同的衰減材料進(jìn)行了對(duì)比，為微波器件熱設(shè)計(jì)和材料的選擇提供了參考數(shù)據(jù)。