7 pagrindiniai šilumos laidininkai



The šilumos laidininkai Pagrindiniai yra metalai ir deimantai, metalinių matricų kompozitai, anglies matricos kompozitai, anglies, grafito ir keramikos kompozitai..

Šiluminis laidumas yra materiali nuosavybė, apibūdinanti gebėjimą atlikti šilumą ir gali būti apibrėžiama taip: "Dėl šilumos, perduodamos per medžiagos vieneto storį, - į normalią kryptį iki vieneto ploto paviršiaus - dėl to, kad vieneto temperatūros gradientas pastovios būsenos sąlygomis “(„ Inžinerinės priemonės “, SF).

Kitaip tariant, šilumos laidumas yra šiluminės energijos perdavimas tarp dalelių, kurios liečiasi. Šiluminis laidumas atsiranda, kai karštesnės medžiagos dalelės susiduria su šaltesnėmis medžiagomis ir dalį šilumos energijos perkelia į šaltesnes daleles.

Vairavimas paprastai būna greitesnis tam tikrose kietose medžiagose ir skysčiuose nei dujų. Medžiagos, kurios yra geros šiluminės energijos laidininkai, vadinamos šilumos laidais.

Metalai yra ypač geri šilumos laidininkai, nes jie turi elektronų, kurie laisvai judina ir gali greitai ir lengvai perduoti šilumos energiją (CK-12 Foundation, S.F.).

Apskritai, geri elektros laidininkai (metalai, pvz., Varis, aliuminis, auksas ir sidabras) taip pat yra geri šilumos laidininkai, o elektros izoliatoriai (mediena, plastikas ir guma) yra prastos šilumos laidininkai..

Šiltojo kūno molekulės kinetinė energija (vidutinė) yra didesnė nei šalčiausias kūnas. Jei susiduria dvi molekulės, atsiranda energijos pernešimas iš karštos molekulės į šaltą.

Bendras visų susidūrimų poveikis sukelia gryną šilumos srautą iš šilto kūno į šalčiausią kūną (SantoPietro, S.F.)..

Aukštos šilumos laidumo medžiagos

Šilumos laidumui reikalingos aukštos šilumos laidumo medžiagos, kad būtų galima šildyti arba atvėsinti. Vienas iš svarbiausių poreikių yra elektroninė pramonė.

Dėl miniatiūrizacijos ir padidėjusios mikroelektronikos galios šilumos išskyrimas yra labai svarbus mikroelektronikos patikimumui, našumui ir mažinimui..

Šilumos laidumas priklauso nuo daugelio medžiagos savybių, ypač jo struktūros ir temperatūros.

Šiluminio plėtimosi koeficientas yra ypač svarbus, nes jis rodo medžiagos gebėjimą plėstis šiluma.

Metalai ir deimantai

Varis yra dažniausiai naudojamas metalas, kai reikalingos aukštos šilumos laidumo medžiagos.

Tačiau varis prisiima aukštą šiluminio plėtimosi koeficiento koeficientą (CTE). Invaro lydinys (64% Fe ± 36% Ni) yra išskirtinai žemas CET tarp metalų, bet labai mažas šilumos laidumas.

Deimantas yra patrauklesnis, nes jis turi labai aukštą šilumos laidumą ir žemą CET, tačiau jis yra brangus (šiluminis laidumas, S.F.)..

Aliuminis nėra toks pat laidus kaip varis, tačiau jis turi mažą tankį, kuris yra patrauklus orlaivių elektronikos ir taikomosioms programoms (pvz., Nešiojamiesiems kompiuteriams), kuriems reikalingas mažas svoris.

Metalai yra šilumos ir elektros laidininkai. Deimantai ir tinkamos keraminės medžiagos gali būti naudojamos tiems, kurie reikalauja šilumos laidumo ir elektros izoliacijos, bet ne metalų.

Metalo matricos junginiai

Vienas iš būdų sumažinti metalo CTE yra sudaryti metalo matricos kompozitą, naudojant mažą CTE užpildą.

Šiuo tikslu naudojamos keraminės dalelės, pvz., AlN ir silicio karbidas (SiC), nes joms būdingas didelis šilumos laidumas ir mažas CTE..

Kadangi užpildas paprastai turi mažesnį CTE ir mažesnį šilumos laidumą nei metalo matrica, tuo didesnė įkrovos tūrio dalis kompozicijoje, tuo mažesnis CTE ir mažesnis šilumos laidumas..

Anglies matricos junginiai

Anglis yra patraukli šilumos laidumo junginių matrica dėl savo šilumos laidumo (nors ir ne tiek, kiek metalo) ir mažai CTE (mažesnė nei metalų)..

Be to, anglis yra atspari korozijai (atsparesnė korozijai nei metalai) ir mažas jų svoris.

Kitas anglies matricos privalumas yra jo suderinamumas su anglies pluoštais, priešingai nei bendras metalo matricos ir jos įkrovos reaktyvumas.

Todėl anglies pluoštas yra dominuojantis anglies matricos kompozitų užpildas.

Anglis ir grafitas

Visiškai anglies medžiaga, pagaminta konsoliduojant anglies pirmtakus, orientuotus be rišiklio ir vėlesnės karbonizacijos bei pasirinktinio grafito, turi šilumos laidumą nuo 390 iki 750 W / mK..

Kita medžiaga yra pirolizinis grafitas (vadinamas TPG), padengtas struktūriniu korpusu. Grafitas (labai tekstūruotas su grūdų, esančių statmenai grafito plokštumai, c-ašimis), šiluminis laidumas 1700 W / m K plokštumoje (keturis kartus didesnis už vario), tačiau yra mechaniškai silpnas dėl polinkio į supjaustyti grafito plokštumoje.

Keraminiai matriciniai junginiai

Borosilikatinio stiklo matrica yra patraukli dėl mažos dielektrinės konstanta (4,1), lyginant su AlN (8.9), aliuminio oksido (9.4), BeO (6.8), SiC (42), kubinio boro nitridu. (7.1), deimantas (5.6) ir stiklo ± keramikos (5.0).

Maža dielektrinės konstantos vertė pageidautina elektroninėms pakuotėms. Kita vertus, stiklas turi mažą šilumos laidumą.

SiC matrica yra patraukli dėl savo aukšto CTE, palyginti su anglies matrica, nors ji nėra tokia šiluma, kaip ir anglis..

Anglies ir anglies junginių CTE yra per mažas, dėl to sumažėja nuovargio trukmė lustų laive (COB) programose su silicio skaidulomis.

SiC matricos anglies kompozitą sudaro anglies ir anglies junginys, paverčiantis anglies matricą į SiC (Chung, 2001).

Nuorodos

  1. Chung, D. (2001). Šilumos laidumo medžiagos. Taikomoji šiluminė inžinerija 21 , 1593 ± 1605.
  2. CK-12 fondas. (S.F.). Šiluminiai laidininkai ir izoliatoriai. Gauta iš ck12.org: ck12.org.
  3. SantoPietro, D. (S.F.). Kas yra šilumos laidumas? Gauta iš khanacademy: khanacademy.org.
  4. Inžinerijos įrankių rinkinys. (S.F.). Bendrųjų medžiagų ir dujų šiluminis laidumas. Gauta iš inžinerijos laukelio: engineeringtoolbox.com.