碳素電熱元件的電熱輻射性能研究.pdf

1、山東大學(xué)博士學(xué)位論文碳素電熱元件的電熱輻射性能研究姓名：曹偉偉申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：材料學(xué)指導(dǎo)教師：朱波20090420中文摘要建立碳素電熱元件傳熱微分方程，求解得到元件穩(wěn)定溫升及瞬時升溫時間的數(shù)學(xué)表達式，經(jīng)分析，碳素電熱體的熱輻射性能是影響元件功率密度溫度關(guān)系和熱慣性的重要因素，提高碳素電熱體的總發(fā)射率可以提高元件的穩(wěn)定工作溫度、降低瞬時升溫時間。建立元件電阻變化率與端頭接點特性、碳素材料初始電阻率的關(guān)系，碳素電熱體的初始電阻率越小

2、、單絲搭接點越多、接點處接觸壓力越大及接觸點越多，元件電阻變化率越小。采用自動分光輻射測量測試了不同纖維類型、高溫石墨化以及表面除雜處理下碳素纖維的法向光譜發(fā)射率和總發(fā)射率，利用X射線衍射儀(XRD)、顯微激光拉曼光譜儀(LRS)進行物相結(jié)構(gòu)分析。碳素纖維物相結(jié)構(gòu)與熱輻射性能的變化關(guān)系表明，T700碳素纖維中石墨微晶的結(jié)構(gòu)規(guī)整程度優(yōu)于T300樣品，載流子輻射機制與石墨微晶的晶格振動模式增強，使得T700樣品在2500～5000nm和50

3、00～6500nm波段內(nèi)的光譜發(fā)射率優(yōu)于T300，無定型碳等紊亂結(jié)構(gòu)的減少削弱了畸變結(jié)構(gòu)和雜質(zhì)缺陷引起的振動模式，使得6500～13000nm波段的光譜發(fā)射率較低，T700碳素纖維的光譜發(fā)射率呈現(xiàn)一定波長依賴性，法向總發(fā)射率低于T300樣品。高溫石墨化后的T300碳素纖維和國產(chǎn)碳氈，石墨微晶規(guī)整程度提高，載流子輻射機制與石墨晶格振動模式的增強使2500～5000nm和5000～6500nm波段內(nèi)光譜發(fā)射率明顯提高，同時畸變結(jié)構(gòu)和雜質(zhì)缺陷

4、的減少使相關(guān)的輻射機制削弱，6500～13000nm內(nèi)的光譜發(fā)射率降低，石墨化后碳素纖維的光譜發(fā)射率表現(xiàn)出明顯的波長依賴性，總發(fā)射率降低。與氮氣瞬時高溫法相比，空氣瞬時高溫和硝酸液相表面除雜引起碳素纖維內(nèi)部碳質(zhì)物相結(jié)構(gòu)的刻蝕程度不同，石墨微晶尺寸的減小削弱了載流子輻射機制，2500～5000nm波段的光譜發(fā)射率降低，石墨微晶相對較小的刻蝕程度使50006500nm波段的光譜發(fā)射率相對穩(wěn)定而沒有明顯下降，而更加紊亂的無定型碳等物相結(jié)構(gòu)的穩(wěn)