Теплопроводность Теплопроводность — это мера способности материала передавать тепло. Материалы с высокой теплопроводностью могут эффективно передавать тепло и легко поглощать его из окружающей среды. Плохой теплопроводник будет препятствовать потоку тепла и медленно получать тепло из окружающей среды. Согласно рекомендациям SI (System International), теплопроводность материала измеряется в ваттах на метр на кельвин (Вт/мК).
10 измеренных теплопроводных материалов и их значения приведены ниже. Поскольку теплопроводность варьируется в зависимости от используемого оборудования и окружающей среды, в которой проводятся измерения, эти значения теплопроводности являются средними значениями.
Природные теплопроводные материалы
1. Алмаз - 2000 - 2200 Вт/мК
Алмаз — это природный материал с лучшей теплопроводностью, его теплопроводность в 5 раз выше, чем у меди, самого производимого металла в США. Атомы алмаза состоят из простого углеродного скелета, что делает его молекулярную структуру идеальной для эффективной теплопередачи. Как правило, материалы с наиболее простым химическим составом и молекулярной структурой имеют самые высокие значения теплопроводности.
Алмаз является важным компонентом многих современных портативных электронных устройств. Их роль в электронике заключается в обеспечении отвода тепла и защите чувствительных компонентов компьютера. Высокая теплопроводность алмазов также оказалась полезной при определении подлинности драгоценных камней в ювелирных изделиях. Включение небольших количеств алмаза в инструменты и технологии может существенно повлиять на теплопроводность.
2. Серебро - 429 Вт/мК
Серебро — относительно дешевый и распространенный проводник тепла. Серебро является неотъемлемой частью многих электроприборов и является одним из самых универсальных металлов благодаря своей ковкости. Тридцать пять процентов производимого в США серебра используется в электроинструментах и электронике (US Geological Survey Mineral Community 2013). Побочный продукт серебра, серебряная паста, пользуется растущим спросом из-за его использования в качестве экологически чистой альтернативы энергии. Серебряная паста используется в производстве фотогальванических элементов, которые являются основным компонентом солнечных панелей.
3. Медь - 398 Вт/м·К
Медь является наиболее часто используемым металлом для производства токопроводящих приборов в Соединенных Штатах. Медь имеет высокую температуру плавления и среднюю скорость коррозии. Это также очень эффективный металл для минимизации потерь энергии при передаче тепла. Металлические кастрюли, трубы с горячей водой и автомобильные радиаторы — все это устройства, в которых используются проводящие свойства меди.
4. Золото - 315 Вт/мК
Золото — редкий и дорогой металл, используемый для конкретных электропроводных применений. В отличие от серебра и меди, золото редко тускнеет и может выдерживать сильные коррозионные воздействия.
5, нитрид алюминия - 310 Вт/м·К
Нитрид алюминия часто используется в качестве замены оксида бериллия. В отличие от оксида бериллия, нитрид алюминия не представляет опасности для здоровья при производстве, но все же демонстрирует химические и физические свойства, аналогичные оксиду бериллия. Нитрид алюминия — один из немногих материалов с высокими теплопроводными и электроизоляционными свойствами. Он обладает исключительной устойчивостью к тепловому удару и действует как электрический изолятор в механических микросхемах.
6. Карбид кремния - 270 Вт/мК
Карбид кремния представляет собой полупроводник, состоящий из сбалансированной смеси атомов кремния и углерода. При изготовлении и сплавлении кремний и углерод образуют чрезвычайно твердый и прочный материал. Эта смесь обычно используется в качестве компонента автомобильных тормозов, турбин и смесей стали.
7. Алюминий - 247 Вт/м·К
Алюминий часто используется в качестве экономичной альтернативы меди. Несмотря на меньшую проводимость, чем у меди, алюминий широко распространен и с ним легко работать из-за его низкой температуры плавления. Алюминий является важным компонентом светодиодных ламп (светоизлучающих диодов). Смеси меди и алюминия становятся все более популярными, потому что они могут использовать свойства как меди, так и алюминия и могут быть изготовлены с меньшими затратами.
8, вольфрам - 173 Вт/мК
Вольфрам имеет высокую температуру плавления и низкое давление паров, что делает его идеальным материалом для приборов, подвергающихся воздействию электричества высокой интенсивности. Химическая инертность вольфрама позволяет использовать его в качестве электрода в составе электронного микроскопа без изменения силы тока. Он также часто используется в компонентах для ламп накаливания и электронно-лучевых трубок.
9. Графит 168 Вт/мК
Графит — это оригинальная, недорогая и легкая альтернатива другим изомерам углерода. Он часто используется в качестве добавки к полимерным смесям для повышения их теплопроводности. Батареи являются распространенным примером приборов, в которых используется высокая теплопроводность графита.
10. Цинк 116 Вт/мК
Цинк — один из немногих металлов, которые можно легко соединить с другими металлами с образованием металлического сплава (смеси двух или более металлов). Двадцать процентов цинковых приборов в США изготовлены из цинковых сплавов. При цинковании используется 40 процентов производимого чистого цинка. Цинкование — это процесс нанесения цинкового покрытия на сталь или железо для защиты металла от атмосферных воздействий и ржавчины.
Материалы для обработки искусственных поверхностей
DLC Diamond Like Coating - нанопокрытие, изготовленное с использованием технологии вакуумного покрытия, процесса PVD. Обладает хорошей теплоизоляцией и теплопроводностью.
Покрытия из оксида алюминия Al2O3 - нанопокрытия, полученные методом CVD. Это более распространенная композитная функциональная пленка с хорошей изоляцией и теплопроводностью. Контроль толщины пленки и склеивание имеют значительные преимущества по сравнению с термическим напылением. Однако высокая цена вряд ли пользуется популярностью. Теплопроводность: 23-32 (Вт/м*К)
Гексагональное покрытие из нитрида бора HBN {{0}} (Вт/м*К), лучшее керамическое покрытие для теплопроводности выше 500 градусов окружающей среды. Также лучший керамический изоляционный материал при высоких температурах (пробивное напряжение 3кВ/мм). Обычно химически инертен, низкий коэффициент трения 0,16. Устойчив к окислению, 900 градусов с кислородом, 2000 градусов без кислорода. Процесс вакуумного нанесения композитного покрытия TiB2 от NAXICO позволяет наносить сверхтермостойкие и сверхтвердые нанопокрытия по индивидуальному заказу.
Оксид бериллия BeO - теплопроводность аналогична пурпурной меди. Порошок очень токсичен. улетучивание начинается при 1000 градусов. Начало поэтапного отказа.
