7 hlavních topných vodičů

tepelných vodičů Hlavními z nich jsou kovy a diamanty, kompozity s kovovou matricí, kompozity z uhlíkových matric, uhlíkové, grafitové a keramické matricové kompozity..

Tepelná vodivost je materiálová vlastnost, která popisuje schopnost vést teplo a může být definována jako: "Množství tepla přenášeného jednotkovou tloušťkou materiálu - v normálním směru na plochu plochy jednotky - v důsledku teplotní gradient v ustáleném stavu "(The Engineering ToolBox, SF).

Jinými slovy, tepelné vedení je přenos tepelné energie mezi částicemi hmoty, které se dotýkají. Tepelná vodivost nastává, když se částice teplejší hmoty srazí s chladnějšími částicemi hmoty a přenesou část své tepelné energie na chladnější částice.

Jízda je obvykle rychlejší u některých pevných látek a kapalin než u plynů. Materiály, které jsou dobrými vodiči tepelné energie, se nazývají tepelné vodiče.

Kovy jsou zvláště dobré tepelné vodiče, protože mají elektrony, které se volně pohybují a mohou rychle a snadno přenášet tepelnou energii (CK-12 Foundation, S.F.).

Obecně platí, že dobré vodiče elektřiny (kovy, jako je měď, hliník, zlato a stříbro) jsou také dobrými vodiči tepla, zatímco elektrické izolátory (dřevo, plast a guma) jsou špatnými vodiči tepla.

Kinetická energie (průměr) molekuly v teplém těle je vyšší než v nejchladnějším těle. Pokud se dvě molekuly srazí, dojde k přenosu energie z horké molekuly do chladu.

Kumulativní účinek všech kolizí má za následek čistý tok tepla z teplého těla do nejchladnějšího těla (SantoPietro, S.F.).

Materiály s vysokou tepelnou vodivostí

Pro vedení tepla jsou potřebné materiály s vysokou tepelnou vodivostí, aby se zahřály nebo ochladily. Jednou z nejdůležitějších potřeb je elektronický průmysl.

Vzhledem k miniaturizaci a vyššímu výkonu mikroelektroniky je odvádění tepla klíčem ke spolehlivosti, výkonu a miniaturizaci mikroelektroniky..

Tepelná vodivost závisí na mnoha vlastnostech materiálu, zejména jeho struktuře a teplotě.

Zvláště důležitý je koeficient tepelné roztažnosti, protože ukazuje schopnost materiálu expandovat teplem.

Kovy a diamanty

Měď je nejběžněji používaným kovem, pokud jsou vyžadovány materiály s vysokou tepelnou vodivostí.

Měď však vykazuje vysoký koeficient koeficientu tepelné roztažnosti (CTE). Slitina Invar (64% Fe ± 36% Ni) je výjimečně nízká v CET mezi kovy, ale má velmi nízkou tepelnou vodivost.

Diamant je atraktivnější, protože má velmi vysokou tepelnou vodivost a nízký CET, ale je drahý (tepelná vodivost, S.F.)..

Hliník není tak vodivý jako měď, ale má nízkou hustotu, která je atraktivní pro leteckou elektroniku a aplikace (například notebooky), které vyžadují nízkou hmotnost..

Kovy jsou tepelné a elektrické vodiče. Diamanty a vhodné keramické materiály lze použít pro aplikace, které vyžadují tepelnou vodivost a elektrickou izolaci, ale nekovy.

Sloučeniny kovové matrice

Jedním ze způsobů, jak snížit CTE kovu, je vytvořit kovový matricový kompozit s použitím nízkého CTE plniva.

Pro tento účel se používají keramické částice, jako je AlN a karbid křemíku (SiC), díky jejich kombinaci vysoké tepelné vodivosti a nízkého CTE.

Protože plnivo má obvykle nižší CTE a nižší tepelnou vodivost než kovová matrice, čím vyšší je objemový zlomek náboje v kompozitu, tím nižší je CTE a nižší tepelná vodivost..

Sloučeniny uhlíkové matrice

Uhlík je atraktivní matricí pro tepelné vodivé sloučeniny díky své tepelné vodivosti (i když ne tak vysoké jako u kovů) a nízké CTE (nižší než u kovů).

Kromě toho je uhlík odolný vůči korozi (odolnější vůči korozi než kovy) a jeho nízká hmotnost.

Další výhodou uhlíkové matrice je její kompatibilita s uhlíkovými vlákny, na rozdíl od běžné reaktivity mezi kovovou matricí a její náplní.

Proto jsou uhlíková vlákna dominantním plnivem kompozitů s uhlíkovou matricí.

Uhlík a grafit

Plně uhlíkový materiál vyrobený konsolidací uhlíkových prekurzorových uhlíků orientovaných bez pojiva a následné karbonizace a případné grafitizace má tepelnou vodivost v rozmezí 390 až 750 W / mK ve vlákně materiálu..

Dalším materiálem je pyrolytický grafit (nazývaný TPG) obalený ve strukturním obalu. Grafit (velmi texturovaný s c-osami zrn s výhodou kolmo k rovině grafitu) má tepelnou vodivost v rovině 1700 W / m K (čtyřikrát větší než měď), ale je mechanicky slabý v důsledku sklonu ke řez v grafitové rovině.

Sloučeniny keramické matrice

Matrice z borokřemičitanového skla je atraktivní díky své nízké dielektrické konstantě (4.1) ve srovnání s AlN (8.9), oxidu hlinitého (9.4), SiC (42), BeO (6.8), kubického nitridu boru (7.1), diamant (5.6) a pro sklokeramické (5.0).

Nízká hodnota dielektrické konstanty je žádoucí pro aplikace elektronického balení. Na druhé straně má sklo nízkou tepelnou vodivost.

Matrice SiC je atraktivní díky své vysoké CTE ve srovnání s uhlíkovou matricí, i když není tak tepelně vodivá jako uhlík.

CTE sloučenin uhlíku + uhlíku je příliš nízká, což má za následek sníženou únavovou životnost v aplikacích čipu na palubě (COB) s křemíkovými třískami.

Kompozitní uhlíkový kompozit SiC sestává ze směsi uhlík-uhlík konvertující uhlíkovou matrici na SiC (Chung, 2001).

Odkazy

1. Chung, D. (2001). Materiály pro tepelnou vodivost. Aplikovaná tepelná technika 21 , 1593 ± 1605.
2. Nadace CK-12. (S.F.). Tepelné vodiče a izolátory. Zdroj: ck12.org: ck12.org.
3. SantoPietro, D. (S.F.). Co je tepelná vodivost? Zdroj: khanacademy: khanacademy.org.
4. Inženýrské nástroje. (S.F.). Tepelná vodivost běžných materiálů a plynů. Zdroj: engineeringtoolbox.com.