文#160;献#160;综#160;述#160;#160;#160;

复合材料是一种以一种材料为基体，另一种材料为增强体组合而成的材料。由于各种材料互相取长补短，复合材料的综合性能往往优于原组成材料，从而满足各种不同的要求。近年来，复合材料在国防、医疗、航空航天、汽车工艺等各种领域的应用越来越广泛，从理论上模拟复合材料的结构，探求其传热特性，具有重要的理论价值和实际应用意义^[1]。复合材料的热导率问题一直是许多学者研究的热点，对于复合材料而言，其热导率受孔隙率、内部结构及外部环境等多种因素的影响。因此，本文将对Mo-SiO₂复合材料的热导率进行分析。

一、Mo-SiO2复合材料国内外现状

#160;#160;#160; 随着科技的不断发展，计算机以及实践技术的不断提升，复合材料渐渐的成为现代工业材料的主流。据2012年法国JEC，2011年全球年总消费约8.7#215;10⁶ t的复合材料，总价值约7.7#215;10¹⁰欧元。然而实际上JEC公布的数字不是特别准确，实际上我国大陆的产量约为全球产量的1/3，产量上多年超过日本、欧、美，蝉联世界复合材料产量的首位。综上所述，中国虽然已是复合材料生产大国，但非真正意义上的复合材料应用强国。因此，要真正成为复合材料强国，我们必须了解世界、善于学习和自主创新，才能实现复合材料的更深层发展及应用。二氧化硅是硅最重要的化合物。地球上地壳质量的12%都为天然的二氧化硅，二氧化硅有结晶形和无定形两大类存在形式，他们统称为硅石。由于优良的性质以及它在地球地壳中的含量很高，二氧化硅又常常与其他金属合成形成复合材料。钼镍矿是一种以钼镍为主的多金属共伴生原矿，经济价值非常高，如果我们可以高效地回收利用该矿物，这对我国科学研究有着非常重要的意义。目前，焙烧浸出工艺是钼镍矿的主要工艺，但是，这类工艺会产生S0₂污染环境；因此，低能耗、低污染、高回收率以及综合回收利用的全湿法冶金工艺方向发展，将作为未来钼镍矿处理工艺的主要方向 ^[2]。国内外学者们围绕Mo-SiO₂的热导率进行研究，试探寻其中的规律，创造出具有更加优良性质的复合材料，从而应用到生活当中。在研究复合材料的热导率时，人们往往通过建立导热模型来预测它的热导率。而在众多模型中，唯有Hasselman和Johnson模型引入了界面热阻，而对于复合材料的热导率的影响因素中，界面热阻有着不可忽略的影响^[3]。因此，到目前为止，构建一个准确预测复合材料热导率的模型仍然是国内外学者一致极力攻克的研究难题。

二、复合材料研究意义

随着科学技术的快速发展，人们不断研究和制造出了越来越多的高分子材料和纳米材料 ^[4]。而实验测定各种新物质新材料及其复合材料的热导率，将开启一个全新与未知的领域，这必然会带动现代物理学科的一次新飞跃。热导率又称为导热系数，反映了物质的热传导能力。利用好复合材料的热导率，可以大大提高材料的传热效率，达到实际应用中的利益最大化。钼（Molybdenum）是元素周期表第五周期WB族元素，它是一种化学元素，元素符号为Mo，原子序数为42，原子量为95.94，是一种灰色的过渡金属。金属呈银灰色，结构形状为体心立方晶体结构，熔点为2617℃，沸点为4612℃，密度是10.22g/cm³，第一电离能7.099电子伏特^[5]。由于钼具有高温强度好、硬度高、密度大、抗腐蚀能力强、热膨胀系数小、良好的导电和导热等特性，而二氧化硅又是制造玻璃、石英玻璃、水玻璃、光导纤维、电子工业的重要部件，光学仪器、工艺品和耐火材料的原料，是科学研究的重要材料，研究Mo-SiO₂的热导率对于现代航空航天、节能等多种领域将产生至关重要的作用。国内外学者通过结合理论和实验数据的方法，模拟Mo-SiO₂的结构，研究Mo含量、分布状态、孔隙率等可能因素对其组成的复合材料热导率的影响，从而获得满足现代工业的要求，成为性能更加优良的材料^[6]。同样，研究复合材料Mo-SiO₂热导率规律，能在实际应用上更加合理的应用。例如，国内学者已经开始将Mo-SiO₂复合材料作为太阳能选择性吸收涂层，并且对其的实际应用效果进行研究 ^[7]，发现在600℃以下时，Mo-SiO₂具有良好的热稳定性，可以应用在一些太阳能热利用设备上^[8-9]。当然，这只是复合材料Mo-SiO₂广大应用方向之一。由此也可见，研究复合材料Mo-SiO₂的热导率，在未来的应用上有很大的前景。

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三、Mo-Sio2热导率研究方法

复合材料的有效热导率问题一直是许多学者研究的热点。对于复合材料而言，孔隙率、内部结构及外部环境等多种因素都是影响热导率的因素 ^[10]。因此，要求我们同时将这些因素都同时考虑进来从而来推导复合材料的热导率是非常困难的，我们往往要做一些相应的简化。目前，复合材料的热导率的研究方向主要集中在以下两个方面：一是通过相关的数学方法和公式计算从而推导精确或近似的解析表达式和数据；二是通过研究复合材料中，几何因子的一些因素，如形状、大小、排列方式等对热导率的影响，添加相关的参数，来扩大方程的适用范围，提高解析表达式和数据的精度^[11]。本文对于复合材料Mo-SiO₂的热导率的研究，主要借鉴方法二，我们先通过有限元分析软件ABAQUS模拟Mo-SiO₂的两相复合材料逾渗结构，改变不同参数数据，并将得到的理论热导率与实验结果进行对比验证，分析上述因素可能对Mo-SiO₂的热导率的影响，或者借鉴方法一，利用多元线性回归的方法分析推导出Mo-SiO₂热导率的预测方程 ^[12-14]，利用复合材料组成元素的种类和含量，比如本文对于Mo-SiO₂的研究，分别查询Mo和SiO₂热导率，利用这些热导率数据，采用多元线性回归的方法，建立Mo-SiO₂的热导率与其各化学成分间的定量关系^[15-18]，汇成图标，进行比较分析，最后得到规律。或者利用串并联热阻模型和Maxwell-Garnett 等效介质法建立复合材料的导热模型，并通过数量级分析，对热导率方程进行简化，从而绘制图标进行分析，最后获得规律，进而帮助人们制造出具有优良性质的Mo-SiO₂复合材料^[19-20]。

周贤良、吴开阳、邹爱华等人的《孔隙率对SiCp/Al复合材料热导率影响》[29]中，应用有限元模拟的方法模拟孔隙率对SiCp/Al复合材料热导率影响，所建的多颗粒多空隙模型如图1所示。首先建立平面方形Al基体，然后在Al基体内随机生成圆形SiC颗粒以及圆形空隙，根据Delesse定律(在机界面上测得的二相面积百分比与三维空间中对应的体积百分比等值)，使模型中孔隙面积和基体面积之比即为孔隙率。通过增加孔隙的个数，建立孔隙率为0%，0.87%，1.74%，3.07%，3.75%，5.6%，6.95%，7.89%，10.58%，11.63%的复合材料模型。在模拟中，赋予Al基体热导率180W#183;m－1#183;K－1，SiC颗粒的热导率为147W#183;m－1#183;K－1，由于孔隙中残留空气，所以孔隙的热导率即为空气的热导率，其大小为0.023W#183;m－1#183;K－1。模型中，所有的SiC颗粒体积分数相同，孔隙的直径为60μm。通过ANSYS Thermal分析模块，在模型的左右两端分别施加26 ℃和24 ℃温度载荷进行稳态热分析，材料初始温度Uniform temp设置为25 ℃，上下两端为绝缘边界条件。提交
参数，通过计算结果得到模型的平均热流密度qavg，代入傅里叶定律（公式一）即可求得复合材料等效热导率。公式(1)中L为复合材料模型中冷热两端距离，ΔT为冷热端温度差。
还采用较为常见计算热导率的MAME模型与实验值和有限元方法模拟进行对比。此模型中，将原本基体材料和增强体颗粒当做基体，孔隙当做新的粒子，这就将含有孔隙的复合材料转化为两种不同热导率颗粒复合材料的情况，假设孔隙的热导率为零，采用公式(2)、(3)对复合材料热导率进行计算:
公式(2)、(3)中Kc，为复合材料热导率，Km为基体热导率，Vp为增强体颗粒体积分数，ξ为孔隙率，KeffP有效基体热导率。

四、研究前期准备
#160;#160;#160; 本课题主要研究的是Mo-SiO2复合材料的热导率，在做此课题前，1、通过之前的专业课学习，对材料的热导率有一定的了解；2、需要进行大量文献的查询和翻阅，大致对Mo-SiO2复合材料有一个初步的了解，并且对于热导率的研究方法需要有一个大体的了解；3、由于本文主要采用ABAQUS有限元建模软件作为辅助工具，因此，我们还需自主学习软件ABAQUS，从而更好的进行模拟研究。

五、总结
#160;#160;#160; 研究Mo-SiO2复合材料的热导率是更好利用复合材料的必要途径，而现代科学的发展，要求性能更加良好的材料来实现，以往一些学者对Mo-SiO2复合材料做了大量的研究，但每个人的研究角度和方法不尽相同。通过查阅以上相关文献，并仔细阅读，以直接或间接方面入手研究。要考虑各种可能因素会造成的影响，得到准确的热导率。
参考文献

[1]刘道春，复合材料在高新技术中的地位与发展趋势[J]，化学工业，2012（09）：33-35.