7 Ana Isı İletkenleri

ısı iletkenleri Başlıca olanlar metaller ve elmaslar, metal matriks kompozitler, karbon matriks kompozitler, karbon, grafit ve seramik matris kompozitlerdir..

Isı iletkenliği, ısı iletme kabiliyetini tanımlayan ve şöyle tanımlanabilen bir malzeme özelliğidir: "Bir malzemenin birim kalınlığından - normal bir birim birim yüzeyine - iletilen ısı miktarı nedeniyle - sabit şartlar altında birim sıcaklık gradyanı "(The Engineering ToolBox, SF).

Başka bir deyişle, termal iletim, dokunan maddenin parçacıkları arasında termal enerjinin transferidir. Sıcak madde parçacıkları daha soğuk madde parçacıklarıyla çarpıştığında ve termal enerjisinin bir bölümünü daha soğuk parçacıklara aktardığında ısı iletimi oluşur..

Sürüş, bazı katı ve sıvılarda genellikle gazlardan daha hızlıdır. İyi termal enerji iletkenleri olan malzemelere termal iletkenler denir..

Metaller özellikle iyi termal iletkenlerdir, çünkü serbestçe hareket eden ve ısı enerjisini hızlı ve kolay bir şekilde aktarabilen elektronları vardır (CK-12 Foundation, S.F.).

Genel olarak, iyi elektrik iletkenleri (bakır, alüminyum, altın ve gümüş gibi metaller) de iyi ısı iletkenleri iken, elektrik yalıtkanları (ahşap, plastik ve kauçuk) zayıf ısı iletkenleridir..

Sıcak vücuttaki bir molekülün kinetik enerjisi (ortalama), en soğuk vücuttan daha yüksektir. İki molekül çarpışırsa, sıcak molekülden soğuğa enerji transferi gerçekleşir..

Tüm çarpışmaların kümülatif etkisi, ılık gövdeden en soğuk gövdeye net bir ısı akışı ile sonuçlanır (SantoPietro, S.F.).

Yüksek termal iletkenlik malzemeleri

Isı iletimi için, ısı ya da soğuma için yüksek ısı iletkenliğine sahip malzemelere ihtiyaç vardır. En kritik ihtiyaçlardan biri elektronik endüstrisidir..

Minyatürleştirme ve artan mikroelektronik güç nedeniyle, ısı dağılımı, mikroelektroniklerin güvenilirliği, performansı ve minyatürleştirilmesinin anahtarıdır..

Isı iletkenliği bir malzemenin birçok özelliğine, özellikle yapısına ve sıcaklığına bağlıdır.

Termal genleşme katsayısı, bir malzemenin ısıyla genleşme yeteneğini gösterdiğinden özellikle önemlidir..

Metaller ve elmaslar

Yüksek ısı iletkenliği gerektiren malzemeler gerektiğinde bakır en çok kullanılan metaldir.

Bununla birlikte, bakır yüksek bir termal genleşme katsayısı (CTE) varsaymaktadır. Invar alaşımı (% 64 Fe ±% 36 Ni) metaller arasında CET'de istisnai olarak düşüktür, ancak termal iletkenlik açısından çok zayıftır.

Elmas daha çekicidir, çünkü çok yüksek bir termal iletkenliğe ve düşük bir CET'e sahiptir, ancak pahalıdır (Termal İletkenlik, S.F.).

Alüminyum, bakır kadar iletken değildir, ancak uçak elektroniği ve düşük ağırlık gerektiren uygulamalar (örneğin dizüstü bilgisayarlar) için çekici olan düşük bir yoğunluğa sahiptir..

Metaller termal ve elektriksel iletkendir. Isı iletkenliği ve elektriksel yalıtım gerektiren ancak metal olmayan uygulamalar için elmaslar ve uygun seramik malzemeler kullanılabilir..

Metal matris bileşikleri

Bir metalin CTE'sini azaltmanın bir yolu, düşük bir CTE dolgu maddesi kullanarak bir metal matris kompoziti oluşturmaktır..

Bu amaçla, yüksek termal iletkenlik ve düşük CTE kombinasyonları nedeniyle AlN ve silisyum karbür (SiC) gibi seramik partikülleri kullanılır..

Dolgu maddesi genellikle metalik matristen daha düşük bir CTE'ye ve daha düşük bir termal iletkenliğe sahip olduğundan, kompozit içindeki yükün hacimsel oranı ne kadar yüksekse, CTE o kadar düşük ve termal iletkenlik o kadar düşük olur..

Karbon matriks bileşikleri

Karbon, termal iletkenliği (metallerinki kadar yüksek olmasa da) ve düşük CTE (metallerinkinden düşük) olmasına rağmen, termal iletken bileşikler için çekici bir matristir.

Ek olarak, karbon korozyona karşı dayanıklıdır (metallerden daha fazla korozyona karşı dayanıklıdır) ve düşük ağırlığı.

Karbon matrisinin bir diğer avantajı, metal matris ile yükleri arasındaki ortak reaktivitenin aksine, karbon fiberlerle uyumluluğudır..

Bu nedenle, karbon elyafları karbon matriks kompozitler için baskın dolgu maddesidir.

Karbon ve grafit

Bir bağlayıcı madde içermeyen ve ardından karbonizasyon ve isteğe bağlı grafitleme işlemine tabi tutulan karbon öncü karbonların birleştirilmesiyle üretilen tamamen karbonlu bir malzeme, malzemenin Elyafında 390 ila 750 W / mK arasında değişen bir termal iletkenliğe sahiptir..

Diğer bir malzeme, yapısal bir kabuk içine alınmış pirolitik grafittir (TPG olarak adlandırılır). Grafit (tahılların c-eksenleri ile tercihen grafit düzlemine dik olan çok dokulu), 1700 W / m K düzleminde (bakırın dört katı) bir termal iletkenliğe sahiptir, ancak eğilimi nedeniyle mekanik olarak zayıftır. grafit düzleminde kesilmiş.

Seramik matris bileşikleri

Borosilikat cam matrisi, düşük dielektrik sabiti (4.1) ile AlN (8.9), alümina (9.4), SiC (42), BeO (6.8), kübik bor nitrür ile karşılaştırıldığında çekicidir. (7.1), elmas (5.6) ve cam ± seramik (5.0) için.

Elektronik paketleme uygulamaları için düşük bir dielektrik sabiti değeri istenir. Öte yandan, cam düşük ısı iletkenliğine sahiptir.

SiC matrisi karbon matrisine kıyasla yüksek CTE'sinden dolayı çekicidir, ancak karbon gibi termal olarak iletken olmamasına rağmen.

Karbon + karbon bileşiklerinin CTE'si çok düşüktür ve silika cipsli yonga üzerindeki (COB) uygulamalarda yorulma ömrünün kısalmasıyla sonuçlanır.

SiC matris karbon bileşiği, karbon matrisi SiC'ye dönüştüren bir karbon-karbon bileşiğinden oluşur (Chung, 2001).

referanslar

1. Chung, D. (2001). Isı iletimi için malzemeler. Uygulamalı Isı Mühendisliği 21 , 1593 ± 1605.
2. CK-12 Vakfı. (S.F.). Termal İletkenler ve İzolatörler. Ck12.org'dan alındı: ck12.org.
3. SantoPietro, D. (S.F.). Isı iletkenliği nedir? Khanacademy'den alındı: khanacademy.org.
4. Mühendislik Araç Kutusu. (S.F.). Yaygın Malzemelerin ve Gazların Isıl İletkenliği. Engineeringtoolbox'ten alındı: engineeringtoolbox.com.