A 7 fő hővezető

az hővezetők A legfontosabbak a fémek és a gyémántok, a fém mátrix kompozitok, a szén-mátrix kompozitok, a szén, grafit és kerámia mátrix kompozitok..

A hővezetőképesség olyan anyagtulajdonság, amely leírja a hővezető képességet, és meghatározható a következőképpen: "Az anyag egységvastagságán áthaladó hőmennyiség - normál irányban egy egységnyi területfelületre" az egység hőmérsékleti gradiens állandó állapotban "(a Mérnöki Eszköztár, SF).

Más szavakkal, a hővezetés a hőenergia átadása az érintkező részecskék között. A hővezetés akkor fordul elő, amikor a melegebb anyag részecskéi hidegebb anyag részecskékkel ütköznek, és a hőenergia egy részét hidegebb részecskékre viszik át.

A vezetés általában gyorsabb bizonyos szilárd anyagok és folyadékok esetében, mint a gázokban. A termikus energia jó vezetőit hővezetőknek nevezik.

A fémek különösen jó hővezetők, mert olyan elektronokkal rendelkeznek, amelyek szabadon mozognak, és gyorsan és egyszerűen átvihetik a hőenergiát (CK-12 Foundation, S.F.).

Általában a jó villamosenergia-vezetők (fémek, például réz, alumínium, arany és ezüst) szintén jó hővezetők, míg az elektromos szigetelők (fa, műanyag és gumi) gyenge hővezetők..

A meleg testben lévő molekula kinetikus energiája (átlagos) magasabb, mint a leghidegebb testben. Ha két molekula ütközik egymáshoz, akkor a forró molekulából a hidegbe kerül.

Az összes ütközés kumulatív hatása a meleg test nettó áramlását eredményezi a leghidegebb testhez (SantoPietro, S.F.)..

Nagy hővezető anyagok

Magas hővezetési anyagok szükségesek a hővezetéshez a hő vagy hűlés érdekében. Az egyik legkritikusabb igény az elektronikus ipar.

A mikroelektronika miniatürizálásának és megnövekedett teljesítményének köszönhetően a hőelvezetés a mikroelektronika megbízhatóságának, teljesítményének és miniatürizálásának kulcsa..

A hővezető képesség az anyag sok tulajdonságától, különösen annak szerkezetétől és hőmérsékletétől függ.

A hőtágulási együttható különösen fontos, mivel azt jelzi, hogy egy anyag hővel bővül.

Fémek és gyémántok

A réz a leggyakrabban használt fém, ha magas hővezető anyagokra van szükség.

A réz azonban magas hőtágulási együtthatót (CTE) feltételez. Az Invar ötvözet (64% Fe ± 36% Ni) rendkívül alacsony CET-ben a fémek között, de nagyon alacsony a hővezető képessége..

A gyémánt vonzóbb, mivel nagyon magas hővezető képességgel és alacsony CET-vel rendelkezik, de drága (hővezetőképesség, S.F.).

Az alumínium nem olyan vezetőképes, mint a réz, de alacsony sűrűsége van, ami vonzó a repülőgép-elektronika és alkalmazások (például laptopok) számára, amelyek kis súlyt igényelnek.

A fémek hő- és elektromos vezetők. A gyémántok és a megfelelő kerámiaanyagok alkalmazhatók olyan alkalmazásoknál, amelyek hővezető képességet és elektromos szigetelést igényelnek, de nem fémek.

Fém mátrix vegyületek

Egy fém CTE csökkentésének egyik módja egy fém mátrix-kompozit előállítása alacsony CTE töltőanyag alkalmazásával.

Ebből a célból kerámia részecskéket, például AlN-t és szilícium-karbidot (SiC) használnak, mivel magas hővezető képességük és alacsony CTE-jük van..

Mivel a töltőanyag általában alacsonyabb CTE-vel és alacsonyabb hővezető képességgel rendelkezik, mint a fémes mátrix, annál nagyobb a töltés térfogati hányada a kompozitban, annál alacsonyabb a CTE és minél alacsonyabb a hővezető képesség..

Szén-mátrix-vegyületek

A szén a hővezetési vegyületek számára vonzó mátrix, mivel hővezető képessége (bár nem olyan magas, mint a fémeké) és alacsony CTE (alacsonyabb, mint a fémeké)..

Ezen túlmenően a szén ellenáll a korróziónak (ellenáll a korróziónak, mint a fémek) és kis súlya.

A szén-mátrix másik előnye, hogy kompatibilis a szénszálakkal, ellentétben a fém mátrix és a töltések közötti közös reaktivitással.

Ezért a szénszálak a szén-mátrix kompozitok domináns töltőanyagai.

Szén és grafit

A kötőanyag nélkül orientált szén-prekurzor szénhidrogének konszolidálásával és az azt követő karbonizálással és az opcionális grafitizálással előállított, teljesen szénsavas anyag hővezető képessége 390 és 750 W / mK között van az anyag szálában..

Egy másik anyag a pirolitikus grafit (TPG), amely szerkezeti héjba van beágyazva. A grafit (nagyon jól texturálva a szemcsék síkjára merőleges szemek c-tengelyeivel) hővezető képességgel rendelkezik az 1700 W / m K síkban (a réz négyszerese), de mechanikusan gyenge a hajlékonyságra való hajlam miatt. vágjuk a grafit síkba.

Kerámia mátrixvegyületek

A boroszilikát üveg mátrix vonzó, mivel alacsony dielektromos állandója (4.1) az AlN (8,9), az alumínium-oxid (9,4), a BeO (42), a 6. (6.8), a köbös bór-nitridhez viszonyítva. (7.1), gyémánt (5.6) és üveg ± kerámia (5.0).

Az elektronikus csomagolási alkalmazásoknál kívánatos a dielektromos állandó alacsony értéke. Másrészt az üveg alacsony hővezető képességgel rendelkezik.

A szilícium-dioxid mátrix a szén-mátrixhoz képest magas CTE-je miatt vonzó, bár ez nem olyan hővezető, mint a szén.

A szén + szénvegyületek CTE-je túl alacsony, ami csökkenti a fáradtságot a chip-on-board (COB) alkalmazásokban szilícium-dioxid-chipekkel.

A SiC-mátrix szén-kompozit egy szén-szén vegyületből áll, amely a szén-mátrixot SiC-kké alakítja (Chung, 2001).

referenciák

1. Chung, D. (2001). Hővezető anyagok. Alkalmazott termikus technika 21 , 1593 ± 1605 ° C.
2. CK-12 Alapítvány. (S. F.). Hővezetők és szigetelők. A ck12.org-ból: ck12.org.
3. SantoPietro, D. (S.F.). Mi a hővezető képesség? A khanacademy: khanacademy.org-ból származik.
4. A Mérnöki Eszköztár. (S. F.). A közös anyagok és gázok hővezetőképessége. Visszavont a engineeringtoolboxból: engineeringtoolbox.com.