表2中的的石墨的補償系數參考中南工業大學出版的粉末冶金電爐與設計；C/C的補償系數由湖南南方搏云新材料有限責任公司提供。這里C/C- 2指的C/C材料是炭纖維增強炭基體、經過炭化和高溫處理的復合材料，室溫下的電阻率只有22×10ˉ⁶Ω•m；表中的C/C-1為沒有經過高溫處理的C/C材料，電阻率－溫度補償系數的波動大一些。也就是說，室溫下的電阻率可在40～32×10ˉ⁶Ω•m。溫度達到1650℃以上，這幾種材料的電阻率就比較接近。
3.2 碳的熱學性質
　　固體的熱學性質熱容、熱膨脹系數、熱導率等。單位物體的溫度上升單位溫度所需的熱量。固體的熱容量與固體中的晶格振動頻率密切相關。固體的熱容特征完全由他的德拜溫度確定。德拜溫度越高，彈性波速越大。在同樣的溫度下，石墨的熱容比其他固體的單體小。這是因為石墨結晶的層平面內的碳原子的鍵結合牢固。晶格振動的特性，用德拜的特性溫度表示。石墨和金剛石的德拜溫度高于其他物質。只是石墨具有各向異性，即使是層平面的晶格振動，也是用兩種德拜溫度表示：面內2000K，面外1100K。室溫附近的熱容大約為2.0cal/(mol.K)。僅為一般單質固體的1/3。
　　溫度引起的體積變化率稱為熱膨脹系數。格林埃森波的非諧作用，使得原子在振動時引起一定的斥力，從而引起熱膨脹現象。石墨的熱膨脹系數為炭－炭復合材料的好幾倍。
　　單位時間通過單位截面傳輸的熱能與溫度梯度成正比。其中的比例系數k稱為熱傳導系數或熱傳導率。把晶格熱運動系統看成是聲子氣體，比照理想氣體的傳熱理論，得到固體的熱導率主要由聲子的平均自由程決定。碳的同素異形金剛石和石墨的結構及物理特征差別很大，金剛石的德拜溫度為1860K，常溫下熱膨脹系數為1×10－⁶K－¹,熱導率為25W•cm－¹•K－¹。因此金剛石的熱容量比較小，而熱導率是所有材料中最高的。石墨晶體的熱性質有著明顯的各項異性，在層面上，石墨的德拜溫度為2500K，常溫下熱膨脹系數為-1×10－6K－1，熱導率為30 W•cm－¹•K－¹；而在c軸方向上，德拜溫度為950K，常溫下熱脹系數為29×10－⁶K－¹，熱導率為0.06 W•cm－¹•K－¹.。炭-炭復合材料的熱導率取決于炭纖維含量、炭纖維的編織方式、熱解炭的微觀組織結構和孔隙率等。使用中間瀝青炭纖維作為增強相、采用具有熱導率高的熱解炭基體，可以提高材料的熱導率。高密度、纖維含量少的熱解炭基體C/C復合材料，經過2900℃高溫處理，熱導率可達到380W.m－¹K－¹。對于準3維坯體制備的C/C復合材料，在垂直于纖維和平行于纖維方向的熱導率存在顯著的差別。熱解炭的熱導率是銅單晶的10倍，為2000W.m-¹K-¹；電阻率與銀相當，為0.4μΩm。C/C復合材料是靠離域π電子和孔穴導電；晶格振動傳播熱量；所以，C/C材料的熱導率和電阻率之間沒有直接的關系，兩者隨著溫度的變化規律有較大的差異。
　　炭素材料成為制備耐熱炭材料的首選，因為C/C復合材料①直至很高溫度不發生熔解和蒸發等相變化；②高溫時不發生化學反應；③高溫時強度高；④耐熱沖擊能力強等。提高C/C復合材料的導熱性能，可以通過提高熱處理溫度、提高材料的石墨化度來實現。達到一定的石墨化度的C/C復合材料，導熱率比金剛石還高。
　　C/C復合材料在中高溫(低于1650℃)有較高的電阻率，采用較高的工作電壓，可以減少短網損失。C/C復合材料的黑度系數高達0.95～0.99，在相同溫度下，較其他材料輻射的能量大。因此在相同保溫條件下可以減少電能消耗。C/C復合材料電熱體的理論表面負荷達到200W/cm2以上，為其他發熱材料的數十倍；C/C復合材料的設計成形和加工性能好，可以做成任意形狀。與石墨加熱器或任何一種加熱介質相比,在同樣的使用條件下C/C復合材料加熱器節能30—70%。每瓦電每小時產生1.65大卡熱量。C/C復合加熱器材料產生遠紅外輻射,其紅外波長集中于8—15μm,全法向發射率高達87%, 紅外輻射轉換率為70%以上。

 

作者： 來源：《太陽能發電》雜志 責任編輯：凌月

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