Dele:
De 7 hovedvarmerektorer
den varmeledere De viktigste er metaller og diamanter, metallmatrikskompositter, karbonmatrikskompositter, karbon, grafitt og keramisk matrikskompositter..
Varmeledningsevnen er en materialegenskap som beskriver evnen til å lede varme, og kan bli definert som: "Mengden av varme som overføres gjennom en enhet tykkelse av materiale - i en retning vinkelrett på en overflate av enhetsareal - fordi en enhetstemperaturgradient under steady state forhold "(Engineering ToolBox, SF).
Med andre ord, termisk ledning er overføringen av termisk energi mellom partikler av materie som berører. Termisk ledning oppstår når partikler med varmere materiale kolliderer med kaldere partikkelpartikler og overfører deler av deres termiske energi til kaldere partikler.
Kjøring er generelt raskere på visse faste stoffer og væsker enn i gasser. Materialer som er gode ledere av varmeenergi er kalt varmeledere.
Metaller er spesielt gode termiske ledere fordi de har elektroner som beveger seg fritt og kan overføre varmeenergi raskt og enkelt (CK-12 Foundation, S.F.).
Generelt er gode ledere (metaller som kobber, aluminium, gull og sølv) er også gode ledere av varme, samtidig som elektriske isolatorer (tre, plast og gummi) er dårlige varmeledere.
Den kinetiske energien (gjennomsnitt) av et molekyl i den varme kroppen er høyere enn i den kaldeste kroppen. Hvis to molekyler kolliderer, skjer en overføring av energi fra det varme molekylet til forkjølingen.
Den kumulative effekten av alle kollisjoner resulterer i en nettstrøm av varme fra den varme kroppen til den kaldeste kroppen (SantoPietro, S.F.).
Høy termisk ledningsevne materialer
Varme varmeledningsevne materialer er nødvendig for varmeledning for å varme eller kjøle seg. Et av de mest kritiske behovene er den elektroniske industrien.
På grunn av miniatyrisering og økt kraft av mikroelektronikk er varmeavledning nøkkelen til pålitelighet, ytelse og miniatyrisering av mikroelektronikk.
Termisk ledningsevne avhenger av mange egenskaper av et materiale, spesielt dens struktur og temperatur.
Termisk ekspansjonskoeffisient er spesielt viktig siden det indikerer at et materiale kan ekspandere med varme.
Metaller og diamanter
Kobber er det mest brukte metallet når høye termiske ledningsevne materialer kreves.
Kobber antar imidlertid en høy koeffisient av termisk ekspansjonskoeffisient (CTE). Invar-legeringen (64% Fe ± 36% Ni) er eksepsjonelt lav i CET mellom metaller, men er svært dårlig i termisk ledningsevne.
Diamanten er mer attraktiv, siden den har en meget høy termisk ledningsevne og lav CET, men det er dyrt (termisk ledningsevne, S.F.).
Aluminium er ikke så ledende som kobber, men har en lav tetthet, som er attraktiv for flyelektronikk og applikasjoner (for eksempel bærbare datamaskiner) som krever lav vekt.
Metaller er termiske og elektriske ledere. Diamanter og passende keramiske materialer kan brukes til applikasjoner som krever termisk ledningsevne og elektrisk isolasjon, men ikke-metaller.
Metallmatriksforbindelser
En måte å redusere CTE av et metall på er å danne et metallmatriks-kompositt ved hjelp av et lavt CTE-fyllstoff.
Til dette formål benyttes keramiske partikler som AlN og silisiumkarbid (SiC) på grunn av deres kombinasjon av høy termisk ledningsevne og lav CTE.
Som fyllstoff generelt ha lavere CTE og lavere varmeledningsevne enn metallmatrisen, desto høyere er volumfraksjonen lasting i forbindelsen, jo lavere CTE og den lavere varmeledningsevne.
Karbonmatriksforbindelser
Karbon er en attraktiv matrise for termiske ledningsforbindelser på grunn av dens termiske ledningsevne (selv om den ikke er så høy som metallene) og lav CTE (lavere enn metallene).
I tillegg er karbon motstandsdyktig mot korrosjon (mer motstandsdyktig mot korrosjon enn metaller) og dens lave vekt.
En annen fordel ved karbonmatrisen er dens kompatibilitet med karbonfibre, i motsetning til den vanlige reaktiviteten mellom en metallmatrise og dens ladninger.
Derfor er karbonfibre det dominerende fyllstoffet for karbonmatrikskompositter.
Karbon og grafitt
En karbonmateriale fremstilt ved fullt ut å konsolidere karboner orientert forløpere uten et bindemiddel og etterfølgende karbonisering og eventuell grafittisering karbon, har en termisk ledningsevne på mellom 390 og 750 W / mK i fibermaterialet.
Et annet materiale er pyrolytisk grafitt (kalt TPG) innkapslet i et strukturelt skall. Grafitt (meget tekstureakse C, fortrinnsvis vinkelrett på planet av grafittkorn) har en varmeledningsevne i planet til 1700 W / m K (fire ganger så stor som kobber), men er mekanisk svak på grunn av tendensen kutt i grafittplanet.
Keramiske matriksforbindelser
Matrisen av borsilikatglass er attraktivt på grunn av dets lave dielektrisitetskonstant (4,1) sammenlignet med AlN (8,9), aluminiumoksyd (9,4), SiC (42), BeO (6,8) av kubisk bornitrid (7.1), diamant (5.6) og for glass ± keramisk (5.0).
En lav dielektrisk konstant er ønskelig for elektroniske emballeringsapplikasjoner. På den annen side har glasset lavt termisk ledningsevne.
SiC-matrisen er attraktiv på grunn av sin høye CTE sammenlignet med karbonmatrisen, selv om den ikke er så termisk ledende som karbon.
CTE av karbon + karbonforbindelser er for lav, noe som resulterer i redusert tretthetslengde i chip-on-board (COB) applikasjoner med kiselbrett.
SiC-matrise-karbonkomposittet består av en karbon-karbonforbindelse som omdanner karbonmatrisen til SiC (Chung, 2001).
referanser
- Chung, D. (2001). Materialer for termisk ledning. Anvendt termisk konstruksjon 21 , 1593 ± 1605.
- CK-12 Foundation. (S.F.). Termiske ledere og isolatorer. Hentet fra ck12.org: ck12.org.
- SantoPietro, D. (S.F.). Hva er termisk ledningsevne? Hentet fra khanacademy: khanacademy.org.
- Engineering ToolBox. (S.F.). Termisk ledningsevne av vanlige materialer og gasser. Hentet fra engineeringtoolbox: engineeringtoolbox.com.