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导电体渗流现象

2022/07/1566 作者:佚名
导读:导电体与绝缘体复相陶瓷的导电性能符合渗流理论,其渗流转变曲线受多种因素的影响,除导电相与绝缘相二相组成的配比外,还受到二相颗粒的尺寸、形状及分布的影响,复相陶瓷的烧成温度、温度制度影响了临界指数、晶粒粒径比及晶界层,从而也影响渗流转变曲线。 导电体 -绝缘体复合材料一直是人们广为研究的课题,导电体 -绝缘体组成的复合体中的各因素 (各相的几何因素和电特性 )决定了它的宏观电性能,因而预言复合体中各

导电体与绝缘体复相陶瓷的导电性能符合渗流理论,其渗流转变曲线受多种因素的影响,除导电相与绝缘相二相组成的配比外,还受到二相颗粒的尺寸、形状及分布的影响,复相陶瓷的烧成温度、温度制度影响了临界指数、晶粒粒径比及晶界层,从而也影响渗流转变曲线。

导电体 -绝缘体复合材料一直是人们广为研究的课题,导电体 -绝缘体组成的复合体中的各因素 (各相的几何因素和电特性 )决定了它的宏观电性能,因而预言复合体中各因素对复合体性能的影响规律是极为重要的。

渗流理论

导电体与绝缘体的复合,必然存在下列现象: 当导电相含量较低时,导电粒子无规则地弥散在绝缘相中,复合体的导电率很小,与绝缘相的导电率接近;随导电相的增加,导电颗粒将聚集成较大的团簇,在某个临界含量 ,导电颗粒将相互连接成一个无限的团簇,形成一个导电通路,复合体的导电率快速增加,发生非线性突变;随导电相的进一步增加,复合体的电导率快速接近导电相的电导率。

影响渗流阀值的因素

对于球状或近似球状颗粒的二组成相,二相的晶粒在空间随机填充,则此类复合材料的渗流阀值在0.01到大于0.5之间变化,渗流阀值的具体数值完全依赖于二相晶粒的结构参数,如晶粒尺寸、形状及分布。

1、渗流阀值与晶粒尺寸的关系:

Ri表示绝缘相颗粒的粒径, Rc表示导电相颗粒的粒径,则二相颗粒的粒径比Ri /Rc对渗流阀值有重大影响。对于球状或近似球状的晶粒,粒径比决定了渗流阀值的大小。

2、渗流阀值与晶粒形状的关系:

当导电相晶粒非球状时,则由于长条状晶粒比球状晶粒易于相互连接而形成渗流通路,因此与类似条件下球状粒子相比,其渗流阀值Vc将减小。如碳纤维(L /d= 100)与环氧树脂的复合材料,其渗流阀值Vc可低到0.0055。引入排除体积 (Vex )的概念后 ,其渗流阀值可表示为:

Vc = 1- ex p [- Bc*V / < Vex > ]

其中:V 为晶粒体积,<Vex >为排除体积平均值,Bc为临界接触数。

应用

导电相与绝缘相复合,其复合材料的电导率遵循渗流理论,符合渗流转变曲线,而渗流转变曲线受多种因素的影响,因而可以通过控制上述影响因素,使导电相与绝缘相的复合符合所期望的渗流转变曲线,进而获得所需的烧结产物,取得最佳的效果。

例如,TiB2与BN的复合,是典型的导电相与绝缘相的复合,其中TiB2的电阻率为9~ 30μΨcm,而BN的电阻率为1016~ 1018Ψcm。TiB2与BN复相陶瓷的电导率与各成份体积分量的关系符合渗流理论,因而TiB2与BN复相导电陶瓷的烧成可以采用渗流理论作为指导:当对最终烧结产物中TiB2与BN的配比及电导率有一定要求时,则可以通过改变二相粒度比或烧结温度等手段来同时满足配比及电导率要求。

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