Abstract

FERNANDEZ, FREDDY et al. Conductividad térmica en sólidos a altas temperaturas. Rev. Fac. Ing. UCV [online]. 2006, vol.21, n.2, pp.21-27. ISSN 0798-4065.

El diseño de la próxima generación de Barreras Térmicas (BT) depende de la obtención de materiales con muy baja conductividad térmica (λ ) a altas temperaturas (T ≥ θ_D donde  θ_D es la temperatura de Debye). La dependencia de la conductividad térmica con la temperatura puede dividirse en cuatro regiones. En la región I, de baja temperatura (T≤ 20 K), la conductividad térmica es determinada por las dimensiones físicas del material, el tamaño del grano y el espaciamiento entre dislocaciones. La conductividad térmica en esta región se incrementa rápidamente con la temperatura, siendo proporcional a T³ . En la región II, la conductividad térmica alcanza un valor máximo, el cual usualmente ocurre a una temperatura cercana a T ≈ θ_D/20 . A temperaturas superiores a la temperatura donde ocurre el máximo, en la región III, la contribución por falta de armonía (anarmonía) de los fonones comienza a ser significativa y la conductividad térmica disminuye con  T⁻¹ . Finalmente a muy altas temperaturas (T ≥ θ_D) en la región IV, la conductividad térmica se hace independiente de la temperatura. Debido a la ausencia de una teoría rigurosa que explique la conductividad térmica en las regiones III y IV, en términos de los procesos físicos fundamentales que ocurren, en este trabajo se presentan y revisan los modelos existentes para estimar los valores de la conductividad térmica de materiales a altas temperaturas. Así, se encontró que el proceso físico fundamental responsable de la disminución en los valores de conductividad térmica en la región III la dispersión de fonones a través del proceso-u «umklapp» de fonones. En la región IV el comportamiento de la conductividad térmica es debido a fonones cuyo camino libre medio es del orden de un espaciamiento interatómico. También se presentan los requerimientos que debe satisfacer un material para mostrar valores bajos de conductividad térmica a altas temperaturas.

Keywords : barreras térmicas; conductividad térmica; fonones; proceso-u «umklapp».