7 konduktor haba utama

The konduktor haba Yang utama ialah logam dan berlian, komposit matriks logam, komposit matriks karbon, karbon, grafit dan komposit matriks seramik..

kekonduksian terma adalah sifat bahan yang menerangkan keupayaan untuk menjalankan haba dan boleh ditakrifkan sebagai: "Jumlah haba yang dihantar melalui ketebalan unit bahan - dalam arah normal kepada permukaan kawasan unit - kerana kecerunan suhu unit di bawah keadaan keadaan mantap "(The Engineering ToolBox, SF).

Dalam erti kata lain, pengaliran haba adalah pemindahan tenaga haba antara zarah-zarah perkara yang menyentuh. Pengaliran haba berlaku apabila zarah-zarah bahan panas bertabrakan dengan zarah-zarah perkara yang lebih sejuk dan pemindahan sebahagian daripada tenaga terma mereka kepada zarah-zarah yang lebih sejuk.

Memandu biasanya lebih cepat dalam pepejal dan cecair tertentu daripada gas. Bahan-bahan yang konduktor baik tenaga haba dipanggil konduktor terma.

Logam adalah konduktor terma yang baik kerana ia mempunyai elektron yang bergerak bebas dan boleh memindahkan tenaga haba dengan cepat dan mudah (CK-12 Foundation, S.F.).

Secara umum, konduktor yang baik (logam seperti tembaga, aluminium, emas dan perak) juga konduktor haba yang baik, manakala penebat elektrik (kayu, plastik dan getah) adalah konduktor haba yang lemah.

Tenaga kinetik (purata) molekul dalam badan panas lebih tinggi daripada dalam badan yang paling sejuk. Jika dua molekul bertabrakan, satu pemindahan tenaga dari molekul panas ke sejuk berlaku.

Kesan terkumpul semua perlanggaran mengakibatkan aliran panas panas dari badan hangat ke badan yang paling sejuk (SantoPietro, S.F.).

Bahan kekonduksian terma yang tinggi

Bahan kekonduksian terma yang tinggi diperlukan untuk konduksi haba untuk memanaskan atau sejuk. Salah satu keperluan yang paling penting ialah industri elektronik.

Disebabkan pengecilan dan peningkatan kuasa mikroelektronik, pelesapan haba adalah kunci kepada kebolehpercayaan, prestasi dan pengurangan mikroelektronik.

Kekonduksian terma bergantung kepada banyak sifat bahan, terutama struktur dan suhunya.

Pekali pengembangan haba adalah sangat penting kerana ia menunjukkan keupayaan bahan untuk berkembang dengan haba.

Logam dan berlian

Tembaga adalah logam yang paling biasa digunakan apabila bahan kekonduksian terma yang tinggi diperlukan.

Bagaimanapun, tembaga menganggap pekali pekali pengembangan haba (CTE) yang tinggi. Aloi Invar (64% Fe ± 36% Ni) adalah sangat rendah dalam CET antara logam, tetapi sangat miskin dalam kekonduksian terma.

Berlian lebih menarik, kerana ia mempunyai kekonduksian terma yang sangat tinggi dan CET yang rendah, tetapi ia mahal (Konduktiviti Haba, S.F.).

Aluminium tidak sebagai konduktif sebagai tembaga, tetapi ia mempunyai ketumpatan yang rendah, yang menarik kepada elektronik dan aplikasi pesawat (contohnya, komputer riba) yang memerlukan berat badan yang rendah.

Logam adalah konduktor terma dan elektrik. Berlian dan bahan seramik yang sesuai boleh digunakan untuk aplikasi yang memerlukan kekonduksian termal dan penebat elektrik, tetapi bukan logam.

Sebatian matriks logam

Salah satu cara untuk mengurangkan CTE logam ialah membentuk komposit matriks logam dengan menggunakan pengisi CTE yang rendah.

Untuk tujuan ini, zarah seramik seperti AlN dan silikon karbida (SiC) digunakan, kerana gabungan kekonduksian terma yang tinggi dan CTE rendah.

Sebagai pengisi umumnya mempunyai kekonduksian yang lebih rendah CTE dan bawah haba daripada matriks logam, lebih tinggi memuatkan jumlah pecahan di perkarangan, lebih rendah CTE dan kekonduksian haba yang lebih rendah.

Sebatian matriks karbon

Karbon adalah matriks yang menarik untuk sebatian konduktor terma kerana kekonduksian terma (walaupun tidak setinggi logam) dan rendah CTE (lebih rendah daripada logam).

Di samping itu, karbon tahan kakisan (lebih tahan kakisan daripada logam) dan berat badannya yang rendah.

Satu lagi kelebihan matriks karbon adalah keserasiannya dengan serat karbon, berbanding dengan kereaktifan antara matriks logam dan cajnya.

Oleh itu, serat karbon adalah pengisi dominan untuk komposit matriks karbon.

Karbon dan grafit

Bahan karbon dihasilkan dengan menyatukan sepenuhnya prekursor karbon berorientasikan tanpa pengikat dan karbonisasi berikutnya dan pilihan graphitization karbon, mempunyai kekonduksian haba yang terdiri antara 390 dan 750 W / mK dalam bahan gentian.

bahan lain adalah grafit pyrolytic (TPG dipanggil) yang terkandung dalam shell struktur. Grafit (sangat Penteksturan paksi c sebaik-baiknya serenjang kepada satah bijirin grafit) mempunyai kekonduksian haba dalam satah 1700 W / m K (empat kali ganda daripada tembaga), tetapi adalah mekanikal lemah kerana kecenderungan potong pesawat grafit.

Sebatian matriks seramik

Matriks kaca borosilikat adalah menarik kerana pemalar dielektrik rendah (4.1) berbanding dengan AlN (8.9), alumina (9.4), SiC (42), BeO (6.8), boron nitrida padu (7.1), berlian (5.6) dan kaca ± seramik (5.0).

Nilai rendah pemalar dielektrik adalah wajar untuk aplikasi pembungkusan elektronik. Sebaliknya, kaca mempunyai kekonduksian terma yang rendah.

Matriks SiC adalah menarik kerana CTE yang tinggi berbanding dengan matriks karbon, walaupun ia tidak termal konduktif sebagai karbon.

CTE dari karbon + sebatian karbon terlalu rendah, menyebabkan kehidupan keletihan yang berkurangan dalam aplikasi cip-on-board (COB) dengan cip silika.

Komposit karbon matriks SiC terdiri daripada sebatian karbon-karbon yang menukar matriks karbon ke SiC (Chung, 2001).

Rujukan

1. Chung, D. (2001). Bahan untuk pengaliran terma. Kejuruteraan Thermal Gunaan 21 , 1593 ± 1605.
2. Yayasan CK-12. (S.F.). Pemancar dan Penebat Haba. Diperolehi daripada ck12.org: ck12.org.
3. SantoPietro, D. (S.F.). Apakah kekonduksian terma?? Diperolehi daripada khanacademy: khanacademy.org.
4. ToolBox Kejuruteraan. (S.F.). Pengaliran Termal Bahan dan Gas yang biasa. Diambil dari engineeringtoolbox: engineeringtoolbox.com.