De 7 huvudvärmekonduktorerna

den värmeledare De främsta är metaller och diamanter, metallmatriskompositer, kolmatriskompositer, kol, grafit och keramiska matriskompositer..

Värmeledningsförmågan är en materialegenskap som beskriver förmågan att leda värme och kan definieras som: "Den mängd värme som överförs genom en enhetstjocklek av material - i en riktning vinkelrät mot en yta av ytenhet - eftersom en enhetstemperaturgradient under steady state-förhållanden "(Engineering ToolBox, SF).

Med andra ord är termisk ledning överföringen av termisk energi mellan materialpartiklar som berörs. Termisk ledning uppstår när partiklar av varmare material kolliderar med kallare partikelpartiklar och överför delar av sin termiska energi till kallare partiklar.

Körning är oftast snabbare i vissa fasta ämnen och vätskor än i gaser. De material som är goda ledare för termisk energi kallas värmeledare.

Metaller är speciellt bra värmeledare eftersom de har elektroner som rör sig fritt och kan snabbt och enkelt överföra värmeenergi (CK-12 Foundation, S.F.).

I allmänhet, goda ledare (metaller, såsom koppar, aluminium, guld och silver) är också bra ledare av värme, medan elektriska isolatorer (trä, plast och gummi) är dåliga värmeledare.

Den kinetiska energin (medelvärdet) för en molekyl i den varma kroppen är högre än i den kallaste kroppen. Om två molekyler kolliderar sker en överföring av energi från den heta molekylen till förkylningen.

Den kumulativa effekten av alla kollisioner resulterar i ett nettoflöde av värme från den varma kroppen till den kallaste kroppen (SantoPietro, S.F.).

Höga värmeledningsförmåga material

Hög värmeledningsförmåga krävs för värmeledning för att värma eller svalna. Ett av de mest kritiska behoven är den elektroniska industrin.

På grund av miniatyrisering och ökad effekt av mikroelektronik är värmeavledning nyckel för tillförlitlighet, prestanda och miniatyrisering av mikroelektronik.

Värmeledningsförmågan beror på många egenskaper hos ett material, särskilt dess struktur och temperatur.

Värmeutvidgningskoefficienten är särskilt viktig eftersom det indikerar att ett material kan expandera med värme.

Metaller och diamanter

Koppar är den vanligaste metallen när höga värmeledningsförmåga krävs.

Emellertid antar koppar en hög koefficient för termisk expansionskoefficient (CTE). Invarlegeringen (64% Fe ± 36% Ni) är exceptionellt låg i CET mellan metaller men är väldigt dålig i värmeledningsförmågan.

Diamanten är mer attraktiv, eftersom den har en mycket hög värmeledningsförmåga och en låg CET, men det är dyrt (termisk ledningsförmåga, S.F.).

Aluminium är inte så ledande som koppar, men har en låg densitet, vilket är attraktivt för flygelektronik och applikationer (till exempel bärbara datorer) som kräver låg vikt.

Metaller är termiska och elektriska ledare. Diamanter och lämpliga keramiska material kan användas för applikationer som kräver värmeledningsförmåga och elektrisk isolering, men icke-metaller.

Metallmatrisföreningar

Ett sätt att reducera CTE av en metall är att bilda en metallmatriskomposit med ett lågt CTE-fyllmedel.

För detta ändamål används keramiska partiklar, såsom AlN och kiselkarbid (SiC), på grund av deras kombination av hög värmeledningsförmåga och låg CTE.

Som fyllmedel i allmänhet har lägre CTE och lägre värmeledningsförmåga än metallmatrisen, ju högre volymfraktionen lastning i föreningen, ju lägre CTE och den lägre värmeledningsförmågan.

Kolmatrisföreningar

Kol är en attraktiv matris för termiska ledningsföreningar på grund av dess värmeledningsförmåga (men inte lika hög som metallerna) och låg CTE (lägre än metallerna).

Dessutom är kolet korrosionsbeständigt (mer motståndskraftigt mot korrosion än metaller) och dess låga vikt.

En annan fördel med kolmatrisen är dess kompatibilitet med kolfibrer, i motsats till den gemensamma reaktiviteten mellan en metallmatris och dess laddningar.

Kolfibrer är därför det dominerande fyllmedlet för kolmatriskompositer.

Kol och grafit

En kol-material som tillverkas av fullständigt konsolidera kol orienterade prekursorer utan bindemedel och efterföljande karbonisering och valfria grafite kol, har en värmeledningsförmåga i intervallet mellan 390 och 750 W / mK i fibermaterialet.

Ett annat material är pyrolytisk grafit (kallad TPG) innesluten i ett strukturellt skal. Grafit (mycket texture axel c av företrädesvis vinkelrätt mot planet av grafitkorn) har en värmeledningsförmåga i planet för 1700 W / m K (fyra gånger den för koppar), men är mekaniskt svag på grund av tendensen skär i grafitplanet.

Keramiska matrisföreningar

Matrisen av borosilikatglas är attraktiv på grund av dess låga dielektricitetskonstant (4,1) jämfört med den hos AIN (8,9), aluminiumoxid (9,4), SiC (42), BeO (6,8) av kubisk bornitrid (7.1), diamant (5.6) och för glas ± keramik (5.0).

Ett lågt värde av den dielektriska konstanten är önskvärd för elektroniska förpackningsapplikationer. Å andra sidan har glaset en låg värmeledningsförmåga.

SiC-matrisen är attraktiv på grund av sin höga CTE jämfört med kolmatrisen, även om den inte är så termiskt ledande som kol.

CTE för kol + kolföreningarna är för låg, vilket resulterar i minskat trötthetsliv i chip-on-board (COB) applikationer med kiselchips.

SiC-matriskollekompositen består av en kol-kolförening som omvandlar kolmatrisen till SiC (Chung, 2001).

referenser

1. Chung, D. (2001). Material för termisk ledning. Tillämpad termisk teknik 21 , 1593 ± 1605.
2. CK-12-stiftelsen. (S.F.). Termiska ledare och isolatorer. Hämtad från ck12.org: ck12.org.
3. SantoPietro, D. (S.F.). Vad är värmeledningsförmåga? Hämtad från khanacademy: khanacademy.org.
4. Engineering ToolBox. (S.F.). Termisk ledningsförmåga hos vanliga material och gaser. Hämtad från engineeringtoolbox: engineeringtoolbox.com.