Del:
De 7 vigtigste varmeledere
den varmeledere De vigtigste er metaller og diamanter, metal matrix kompositter, carbon matrix kompositter, kulstof, grafit og keramiske matrix kompositter..
Varmeledningsevne er en materialeegenskab, der beskriver evnen til at lede varme og kan defineres som: "Mængden af varme overføres gennem en enhed materialetykkelse - i en retning vinkelret på en overflade af arealenhed - fordi en enhedstemperaturgradient under steady state betingelser "(Engineering ToolBox, SF).
Med andre ord er termisk ledning overførslen af termisk energi mellem partikler af materiel, der berører. Termisk ledning opstår, når partikler af varmere materiel kolliderer med koldere partikelpartikler og overfører en del af deres termiske energi til koldere partikler.
Kørsel er normalt hurtigere i visse faste stoffer og væsker end i gasser. De materialer, der er gode ledere af termisk energi, kaldes termiske ledere.
Metaller er specielt gode termiske ledere, fordi de har elektroner, der bevæger sig frit og kan overføre varmeenergi hurtigt og nemt (CK-12 Foundation, S.F.).
Generelt gode ledere (metaller, såsom kobber, aluminium, guld og sølv) er også gode varmeledere, mens elektriske isolatorer (træ, plast og gummi) er dårlige varmeledere.
Den kinetiske energi (gennemsnit) af et molekyle i den varme krop er højere end i den koldeste krop. Hvis to molekyler kolliderer, sker en overførsel af energi fra det varme molekyle til kulden.
Den kumulative virkning af alle kollisioner resulterer i en netto strømning fra varme fra den varme krop til den koldeste krop (SantoPietro, S.F.).
Højt termisk ledningsevne materialer
Varme varmeledningsevne materialer er nødvendige til varmeledning for at opvarme eller afkøle. Et af de mest kritiske behov er den elektroniske industri.
På grund af miniaturisering og øget effekt af mikroelektronik er varmeafledning nøglen til pålideligheden, ydeevnen og miniatureringen af mikroelektronik.
Termisk ledningsevne afhænger af mange egenskaber af et materiale, især dets struktur og temperatur.
Varmeudvidelseskoefficienten er særlig vigtig, da det indikerer et materiales evne til at ekspandere med varme.
Metaller og diamanter
Kobber er det mest almindeligt anvendte metal, når der kræves materialer med høj varmeledningsevne.
Imidlertid antager kobber en høj koefficient for termisk ekspansionskoefficient (CTE). Invar legeringen (64% Fe ± 36% Ni) er usædvanlig lav i CET mellem metaller, men er meget dårlig i termisk ledningsevne.
Diamanten er mere attraktiv, da den har en meget høj termisk ledningsevne og en lav CET, men det er dyrt (termisk ledningsevne, S.F.).
Aluminium er ikke så ledende som kobber, men det har en lav densitet, hvilket er attraktivt for flyelektronik og applikationer (for eksempel bærbare computere), der kræver en lav vægt.
Metaller er termiske og elektriske ledere. Diamanter og passende keramiske materialer kan anvendes til applikationer, der kræver termisk ledningsevne og elektrisk isolering, men ikke-metaller.
Metal matrix forbindelser
En måde at reducere CTE af et metal på er at danne en metalmatrixkomposit ved anvendelse af et lavt CTE-fyldstof.
Til dette formål anvendes keramiske partikler såsom AlN og siliciumcarbid (SiC) på grund af deres kombination af høj termisk ledningsevne og lav CTE.
Som fyldstof har generelt lavere CTE og lavere varmeledningsevne end metalmatrix, jo højere volumenfraktionen lastning i forbindelsen, jo lavere CTE og lavere varmeledningsevne.
Carbon matrix forbindelser
Kulstof er en attraktiv matrix for termiske ledningsforbindelser på grund af dens termiske ledningsevne (selv om den ikke er så høj som metallerne) og lav CTE (lavere end metallets).
Derudover er kulstofet korrosionsbestandigt (mere korrosionsbestandigt end metaller) og dets lave vægt.
En anden fordel ved carbonmatrixen er dens kompatibilitet med carbonfibre i modsætning til den fælles reaktivitet mellem en metalmatrix og dens ladninger.
Derfor er carbonfibre det dominerende fyldstof til carbonmatrixkompositter.
Carbon og grafit
En carbonmateriale fremstillet af fuldt konsolidere carbonatomer orienterede forstadier uden et bindemiddel og efterfølgende carbonisering og valgfri grafitisering carbon, har en varmeledningsevne i området mellem 390 og 750 W / mK i fibermaterialet.
Et andet materiale er pyrolytisk grafit (kaldet TPG) indkapslet i en strukturel skal. Grafit (meget teksturering akse c af fortrinsvis vinkelret på planet af grafitkorn) har en varmeledningsevne i planet for 1700 W / m K (fire gange så kobber), men er mekanisk svag på grund af tendensen skær i grafitplanet.
Keramiske matrixforbindelser
Matrixen af borsilicatglas er attraktiv på grund af dets lave dielektricitetskonstant (4.1) sammenlignet med den for AIN (8,9), aluminiumoxid (9.4), SiC (42), BeO (6,8) af kubisk bornitrid (7.1), diamant (5.6) og til glas ± keramik (5.0).
En lav værdi af den dielektriske konstant er ønskelig til elektroniske emballageapplikationer. På den anden side har glas en lav varmeledningsevne.
SiC-matricen er attraktiv på grund af dens høje CTE sammenlignet med carbonmatrixen, selvom den ikke er så termisk ledende som kulstof.
CTE for carbon + carbonforbindelserne er for lav, hvilket resulterer i reduceret træthedsliv i chip-on-board (COB) applikationer med silica chips.
SiC-matrix-carbon-kompositmaterialet består af en carbon-carbonforbindelse, der omdanner carbonmatrixen til SiC (Chung, 2001).
referencer
- Chung, D. (2001). Materialer til termisk ledning. Anvendt termisk teknik 21 , 1593 ± 1605.
- CK-12 Foundation. (S.F.). Termiske ledere og isolatorer. Hentet fra ck12.org: ck12.org.
- SantoPietro, D. (S.F.). Hvad er termisk ledningsevne? Hentet fra khanacademy: khanacademy.org.
- Engineering ToolBox. (S.F.). Termisk ledningsevne af almindelige materialer og gasser. Hentet fra engineeringtoolbox: engineeringtoolbox.com.