7 главних проводника топлоте

Тхе проводници топлоте Главни су метали и дијаманти, композити металне матрице, композити угљеничне матрице, угљенични, графитни и керамички композити..

Топлотна проводљивост је својство материјала које описује способност провођења топлине и може се дефинирати као: "Количина топлине која се преноси кроз јединичну дебљину материјала - у нормалном смјеру на површину јединице површине - због јединични температурни градијент у стационарним условима "(Инжењерски Тоолбок, СФ).

Другим речима, топлотна проводљивост је пренос топлотне енергије између честица материје које се додирују. Термичка проводљивост се дешава када се честице топлије материје сударају са хладнијим честицама материје и преносе део њихове топлотне енергије на хладније честице.

Вожња је обично бржа у неким чврстим материјама и течностима него у гасовима. Материјали који су добри проводници топлотне енергије називају се топлотним проводницима.

Метали су посебно добри топлотни проводници јер имају електроне који се слободно крећу и могу брзо и лако преносити топлотну енергију (ЦК-12 Фоундатион, С.Ф.).

У принципу, добри проводници електричне енергије (метали као што су бакар, алуминијум, злато и сребро) су такође добри проводници топлоте, док су електрични изолатори (дрво, пластика и гума) лоши проводници топлоте.

Кинетичка енергија (просек) молекула у топлом телу је виша него у најхладнијем телу. Ако се два молекула сударају, долази до преноса енергије из врелог молекула на хладноћу.

Кумулативни ефекат свих судара има за последицу нето проток топлоте из топлог тела до најхладнијег тела (СантоПиетро, ​​С.Ф.).

Материјали високе топлинске проводљивости

За провођење топлине потребна је висока топлинска водљивост како би се загријала или хладила. Једна од најкритичнијих потреба је електронска индустрија.

Због минијатуризације и повећане снаге микроелектронике, расипање топлоте је кључ за поузданост, перформансе и минијатуризацију микроелектронике.

Топлотна проводљивост зависи од многих својстава материјала, посебно његове структуре и температуре.

Коефицијент топлотне експанзије је посебно важан јер показује способност материјала да се шири топлином.

Метали и дијаманти

Бакар је најчешће коришћени метал када су потребни високотемпературни материјали.

Међутим, бакар има висок коефицијент коефицијента топлотног ширења (ЦТЕ). Инварна легура (64% Фе ± 36% Ни) је изузетно ниска у ЦЕТ између метала, али је веома слаба у топлотној проводљивости.

Дијамант је атрактивнији, јер има веома високу топлотну проводљивост и ниску средњу шкољку, али је скуп (Термална проводљивост, С.Ф.).

Алуминијум није толико проводљив као бакар, али има малу густину, што је атрактивно за авионску електронику и апликације (на пример, лаптопове) које захтевају малу тежину.

Метали су термички и електрични проводници. Дијаманти и одговарајући керамички материјали могу се користити за примјене које захтијевају топлинску проводљивост и електричну изолацију, али не и метале.

Једињења металне матрице

Један од начина да се смањи КТШ метала је да се формира композит металне матрице помоћу ниског ЦТЕ пунила.

У ту сврху се користе керамичке честице као што су АлН и силицијум карбид (СиЦ), због њихове комбинације високе топлотне проводљивости и ниског ЦТЕ.

Пошто пунило обично има нижи ЦТЕ и мању топлотну проводљивост од металне матрице, што је већи запремински удио набоја у композиту, то је нижи ЦТЕ и нижа је топлотна проводљивост..

Једињења угљеничног матрикса

Угљеник је атрактивна матрица за спојеве топлотне проводности због њене топлотне проводљивости (иако не тако високе као код метала) и ниског КТЕ (ниже од оних код метала).

Поред тога, угљеник је отпоран на корозију (отпорнији на корозију од метала) и њену малу тежину.

Друга предност карбонске матрице је њена компатибилност са карбонским влакнима, за разлику од заједничке реактивности између металне матрице и њених набоја.

Према томе, карбонска влакна су доминантно пунило за композите угљеничне матрице.

Угљеник и графит

Потпуно угљенични материјал произведен консолидацијом угљеника прекурсора угљеника оријентисан без везива и накнадне карбонизације и опционе графитизације, има топлотну проводљивост у распону од 390 до 750 В / мК у влакнима материјала.

Други материјал је пиролитички графит (назван ТПГ) затворен у структурну љуску. Графит (врло текстуриран са ц-осама зрна пожељно окомито на равнину графита), има топлотну проводљивост у равнини 1700 В / м К (четири пута већу од бакра), али је механички слаб због тенденције рез у графитној равни.

Керамички спојеви матрице

Матрица боросиликатног стакла је атрактивна због ниске диелектричне константе (4.1) у поређењу са АлН (8.9), алуминијума (9.4), СиЦ (42), БеО (6.8), кубичног боровог нитрида (7.1), дијамант (5.6) и за стакло ± керамика (5.0).

Мала вредност диелектричне константе је пожељна за апликације електронског паковања. С друге стране, стакло има ниску топлотну проводљивост.

СиЦ матрица је атрактивна због свог високог ЦТЕ у односу на угљеничну матрицу, иако није тако термички проводљива као угљеник.

ЦТЕ угљеника + угљеничних једињења је сувише низак, што доводи до смањеног животног века код примене чипова на плочи (ЦОБ) са силицијумским чиповима.

СиЦ матрични угљенични композит се састоји од угљеник-угљеник спој који претвара угљеничну матрицу у СиЦ (Цхунг, 2001).

Референце

1. Цхунг, Д. (2001). Материјали за термичку проводљивост. Примењена термичка техника 21 , 1593 ± 1605.
2. Фондација ЦК-12. (С.Ф.). Термални проводници и изолатори. Преузето са цк12.орг: цк12.орг.
3. СантоПиетро, ​​Д. (С.Ф.). Што је топлинска проводљивост? Добављено из кханацадеми: кханацадеми.орг.
4. Инжењерски Тоолбок. (С.Ф.). Термичка проводљивост заједничких материјала и гасова. Добављено из енгинеерингтоолбок: енгинеерингтоолбок.цом.