Теплопроводный материал: Теплопроводные материалы для радиоэлектроники

Содержание

Теплопроводные материалы для радиоэлектроники

Теплопроводные материалы широко применяются в радиоэлектронной промышленности для монтажа теплоотводящих или терморегистрирующих устройств. Это могут быть модули охлаждения, термоиндикаторы, теплоотводящие детали из фольги, радиаторы силовых приборов и микроконтроллеров, усилители шлейфовых проводов и др. В качестве теплопроводных материалов применяются пасты и прокладки. Cегодня же на смену им приходят новые материалы.

В теории эффективный теплоотвод зависит от баланса двух параметров: смачиваемость и проводимость материала. Общая формула выглядит так:

Q = (k/t) AdT
Q — теплоотдача в Вт
k — теплопроводность Вт/м-К
А — площадь (100% смачиваемость) х % смачиваемости
t — толщина
dT — температура нагретой стороны — температура холодной стороны

Выбор того или иного теплопередающего материала (подложка, лента, паста.

) основан на множестве факторов: мягкость, заполняемость рельефа, толщина, адгезивные свойства, смачиваемость, эффективное термосопротивление. Но при выборе теплопроводящего материала необходимо достичь баланса трех основных параметров. Во-первых, это толщина. В большинстве случаев, чем тоньше материал, тем лучше. Однако, слишком тонкие теплопроводящие материалы имеют худшую смачиваемость, поскольку не могут должным образом заполнить все неровности поверхности. Вторым ключевым параметром является смачиваемость контактной поверхности. Чем мягче материал, тем выше смачиваемость. И последний параметр — это теплопроводность. В общем случае, чем выше она, тем лучше. При этом следует учитывать, что с повышением теплопроводности увеличивается жесткость подложки, поскольку увеличивается количество наполнителя в ней, а это может негативно сказаться на смачиваемости поверхности. Основная задача разработчика заключается в поиске оптимального баланса между этими параметрами в зависимости от особенностей применения.

Сегодня на рынке представлено множество решений для теплоотвода, от жидкостей до лент и подложек. Сравним их основные преимущества и недостатки.

Материал Теплопроводность,
по отношению к воздуху*
Преимущества Недостатки Серии 3М
Паста 20-185Х Тонкие, недорогие
Низкий импеданс
Хорошая смачиваемость
Тяжелые
Не имеют адгезии, поэтому требуется механическое усилие монтажа
TCG-2035/
TCG-2031
Жидкости 20-125Х Низкий импеданс
Высокая прочность соединения
Хорошая смачиваемость
Тяжелые
Небольшой срок хранения
Требуют время отвердения и крепежной оснастки
 
Фазовые изменения 20-125Х Хорошая смачиваемость
Легче, чем пасты
Низкий импеданс
Нет адгезии
Требуют механического монтажа
Требуют нагрева
 
Ленты 20-40Х Хорошая смачиваемость
Не требуют крепежа
Простота использования
Обычно применения до 10-15 Вт 8810
8904
Подложки 35-200Х Повышенная толщина
Мягкие
Хорошее заполнение неровностей
Малая адгезия
Требуют дополнительного крепежа
Стоимость

5590Н
5570
5574
5589

Жидкий металл 500-1000Х Малая толщина
Высокая теплопроводность
Хорошее заполнение неровностей
Сложность нанесения
Низкая вязкость в расплавленном состоянии
Стоимость
Коэффициент теплового расширения
 
Теплопроводные ленты 10-1000Х Теплопроводность графита
Мягкие
Вырезка в любую форму
Ремонтопригодные
80-90% от эффективности графитовой ленты 9876

Из сравнительной таблицы видно, что максимальный термоперенос обеспечивают жидкий металл и графитовые ленты. Например, жидкий металл ЖМ-6 имеет теплопроводность 34 Вт/(м•К), а оригинальный Coollaboratory Liquid Ultra в два раза выше. Но жидкий металл имеет значительные ограничения по возможностям монтажа. Во-первых, он наносится методом скальпирования, т.е. очень тонким слоем, обеспечить равномерность которого достаточно трудно. Если металл попадает на другие поверхности, очистить их уже практически невозможно. Во-вторых, его необходимо равномерно и плотно нанести на всю площадь, иначе эффективность охлаждения значительно снизится. Поэтому на неровных поверхностях, где возможно образование пустот, он работать не будет.

Компания 3М предлагает альтернативный вариант охлаждения кристаллов процессоров — акриловую подложку 5590Н. Она мягкая и обеспечивает дополнительные функции демпфера, ее можно удалить без последующей очистки. Теплопроводность составляет 3 Вт/(м•К).

Сегодня на российском рынке уже используются несколько теплопроводных материалов производства 3М: двусторонняя подложка 8810, клейкая лента для светодиодов 8940 и подложка «терможвачка» 5590.

Теплопроводящие ленты 3М

Толщина, мм Стандартные С высокой адгезией и смачиваемостью С высокой адгезией С повышенной адгезией UL 94 V-2 Несрываемые UL 94 V-0
0,05 9882 8802      
0,13 9885 8805   8708-013  
0,17         8943 (без UL94)
0,19         8940
0,2         8904-02
0,25   8810 TM-670SA   8904-025
0,3       8910-03  
0,38   8815 TM-671SA    
0,5   8820 TM-672SA   8904-05

Рассмотрим особенности теплопроводных лент на примере 8810.

8810 — это теплопроводящая лента толщиной всего 250 мкм с акриловым адгезивом, она показывает отличные термопроводные и электроизоляционные свойства при высокой адгезии к радиатору.

Лента 8810 имеет три слоя: слой акрилового адгезива с керамическим наполнителем и два слоя лавсанового лайнера. Акриловый состав отвечает за адгезивные свойства материалы, т.е. за качество его крепления, а керамический наполнитель обеспечивает теплоперенос.

Эффективность теплоотвода, в первую очередь, зависит от качества контакта с поверхностью, а она, в свою очередь, характеризуется таким свойством, как смачиваемость. Это способность адгезива растекаться по всей поверхности субстрата, чтобы между адгезивом и этой поверхностью не возникли воздушные пустоты.

Подложки серии 8810 имеют повышенную толщину, за счет чего более плотно прилегают к поверхности радиатора и заполняют неровности его микрорельефа. На рисунке приведены результаты теста на смачиваемость подложек серии 88хх и подложки конкурента. После приложения усилия в 50 psi в течение 10 секунд подложка 8810 демонстрирует смачиваемость в 87,2% по сравнению с 16,1% конкурента.

Рассмотрим работу подложек 8810 в критических условиях температурной перегрузки. Как известно, пасты не восстанавливают свою теплопроводность после перегрузок, они просто засыхают.

Подложки 8810 могут кратковременно работать при температурах 125-150°С (часы и дни), стандартная рабочая температура для них составляет 90-100°С.

На рисунке показан график испытаний на ударную прочность, изменение термосопротивления при резких скачках температуры в диапазоне −55…+125оС с цикличностью 3 часа. По результатам после 10,000 часов испытаний термосопротивление подложки 8810 не изменилось.

Адгезив ленты 8810 имеет достаточную начальную адгезию, она может составлять от 20 до 50% от конечной прочности. Максимум адгезии достигается через 24 часа.

На графике показана зависимость процента смачиваемости (площадь рабочего контакта) от температуры кристалла для трех компонентов разной мощности, 2, 10 и 20 Вт. Здесь видно, что даже при 30-40% контакте с подложкой уже достигается максимальный теплоотвод для маломощных приборов, устройства с высокой теплоотдачей, до 20 Вт требуют обеспечения максимального контакта с поверхностью.

На следующем графике показана прочность на отрыв и усилие сдирания для обычной теплопроводящей ленты, ленты 3М и ленты серии VHB также от 3М. Столбики разных цветов указывают на температурные режимы.

Удобны и эффективны подложки 8810 при монтаже. Подложка имеет два защитных лайнера, удалив первый можно приклеить подложку к первой поверхности, удалив второй, сборка крепится ко второй поверхности. Такой монтаж не требует крепежных элементов (например, винтов для транзисторов) и увеличивает скорость сборочных операций. Немаловажным является и тот факт, что подложки можно удалить (т.е. они ремонтопригодны), при этом поверхность радиатора останется чистой. Подложки можно монтировать не только к радиаторами, но и напрямую к печатным платам и корпусам.

Краткие преимущества подложек 8810

• Малая толщина 250 мкм;
• Высокая адгезия, отличные изоляционные свойства;
• Не имеет цикла отвержения, максимальные характеристики через 24 часа;
• Теплопроводность: 0,6 Вт/м-К;
• Мягкая подложка хорошо заполняет неровности рельефа, идеально для материалов с низкой поверхностной энергией;
• Отличная смачиваемость поверхности без «воздушных мостов»;
• Отличная стойкость на сдвиг;
• Диэлектрическая прочность 26 кВ/мм;
• Стойкость к перегрузкам: не высыхает и не теряет свойств после пикового нагрева;
• Быстрый монтаж, простота сборочных операций, не требует крепежа;

• Выпускается в листах для вырубки различных форм.

Характеристики

• Теплопроводность: 0,6 Вт/м-К;
• Диэлектрическая проницаемость: 100 МГц;
• Диэлектрическая прочность >26 кВ/мм;
• Адгезив: акриловый с керамическим наполнителем;
• Толщина: 250 мкм, защитный лайнер 50 мкм;
• Цвет: белый;
• Срок хранения: 24 месяца;
• Прочность за сдвиг (статический): 1000 г (удерживается 10,000 минут) при t 22-70°С;
• Прочность за сдвиг (динамический): 1008 г при t 22°С, 216 г при t 70°С.

Химики создали материал с рекордной анизотропией теплопроводности

Ученые синтезировали нанокомпозитное вещество, которое хорошо проводит тепло вдоль внутренних слоев, но близко по свойствам к теплоизолятору в перпендикулярном направлении. Отношение теплопроводностей в разных направлениях для данной структуры оказалось рекордным и достигает значения в 38, пишут авторы в журнале Angewandte Chemie.

Управление потоками тепла исключительно важно в самых разнообразных ситуациях, начиная от работы микроэлектроники, до поддержания комфортной температуры внутри дома. Чтобы отвести тепло используются вещества с высокой теплопроводностью, например, металлы. Для предотвращения нежелательного изменения температуры применяются теплоизоляторы — как правило, многофазные материалы, такие как пенопласт или поролон, представляющие собой заполненную воздухом мелкую пену.

Несмотря на то, что теплопроводящие свойства материалов обычно важны на сравнительно больших расстояниях, они определяются структурой веществ и их химией на микроуровне. Ученые уже обнаружили ряд экстремальных проявлений этой зависимости. В частности, одномерные полимерные нити демонстрируют удивительно высокую теплопроводность, в то время как неупорядоченные слоистые материалы, наоборот, проводят тепло очень плохо.

Химики из Германии и Греции синтезировали новое вещество, которое представляет собой одномерные полимерные цепи поливинилпирролидона, зажатые между слоями синтетического флюорогекторита (Hec) — глинистого неорганического минерала. Получившаяся структура похожа по строению на природный органико-неорганический композит — перламутр. При этом вещество прозрачно, а также оказалось электрическим изолятором.

Ключевой особенностью материала является его упорядоченность, которая позволяет создавать однородные пластины, между которыми находятся не переплетающиеся полимерные нити. Такая система подходит для детального исследования не только необычной теплопроводности, но и ее связи с механическими свойствами вещества на микроскопическом масштабе, которые измерять сложнее.

Получить столь однородный материал позволило редкое свойство Hec под названием осмотическое набухание, то есть отщепление слоев при определенных химических воздействиях. В случае Hec простое погружение вещества в деионизованную воду приводило к разделению на отдельные чешуйки минимально возможной толщины 10 ангстрем и средним диаметром в 20 микрон. Полученную взвесь смешивали с раствором полимера и высушивали, получая в результате материал из сотен сложенных в стопку слоев.

Измерения свойств вещества показало рекордное значение анизотропии теплопроводности: вдоль слоев тепло распространялось до 38 раз лучше, чем поперек них. При этом большее значение (5,7 ватт на метр на кельвин) примерно соответствует показателям термопаст, которые используют для отвода тепловой энергии от различных микроэлектронных устройств, в том числе компьютерных процессоров. Для электрических изоляторов схожего строения это также оказалось рекордом.

Ученые использовали ряд методов, таких как бриллюэновская спектроскопия, для определения механических свойств вещества и их зависимости от направления. Оказалось, что такие механические характеристики, как модули сдвига и Юнга, коррелируют с теплопроводностью на микроуровне — они оказались значительно анизотропными. Подобное также устанавливается впервые, по словам авторов работы.

Ранее ученые вывели единую теорию для описания теплопроводности кристаллов и стекол, увидели в эксперименте квантование теплопроводности в топологических материалах, а также создали изотропный теплопроводящий пластик.

Тимур Кешелава

Теплопроводящий материал

Изобретение относится к алмазосодержащим композитным материалам, которые имеют высокую теплопроводность и высокую температуропроводность и применяются в поглотителях тепла, распределителях тепла и в других областях, где требуются теплопроводящие материалы. Материал содержит, об. %: 58-81 алмазных частиц, 3-39 карбида кремния и до 41 кремния и имеет теплопроводность в, по меньшей мере, 400 Вт/(м·К) и температуропроводность в по меньшей мере 2,1 см2/сек. Алмазные частицы состоят, по меньшей мере, из двух фракций с различным размером частиц, причем, по меньшей мере, 50 мас.% частиц имеют диаметр 80 мкм и более. Технический результат изобретения – повышение теплопроводности материала. 6 з.п. ф-лы, 3 табл., 2 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к теплопроводящему композитному материалу, изготовленному из смеси алмазных частиц и содержащему алмазные частицы, карбид кремния, а также кремний или сплав кремния.

Уровень техники

Материалы, имеющие высокую удельную теплопроводность, широко используются в теплообменных устройствах, таких как поглотители тепла, теплообменники и другие, и обычно состоят из металлов с высокой удельной теплопроводностью, таких как алюминий, медь и серебро, причем удельная теплопроводность этих металлов составляет соответственно от 120 до 220 Вт/(м·К), 400 Вт/(м·К) и 430 Вт/(м·К). Серебро является достаточно дорогим и не используется в тех же масштабах, что и медь. Использование меди имеет несколько недостатков. Один из них заключается в достаточно высокой плотности (8,9 г/см3), что делает устройства, в которых используется медь, тяжелыми. Высокая плотность меди также приводит к довольно низкому значению температуропроводности α=1,2 см2/сек (α=λ/Ср*ρ, где α представляет собой коэффициент температуропроводности, λ представляет собой коэффициент теплопроводности, Ср представляет собой теплоемкость, а ρ представляет собой плотность). Низкая температуропроводность ограничивает применение меди в тех изделиях, где не требуется быстрая теплопередача. Другой недостаток меди состоит в склонности меди к окислению. Оксид меди, образованный на поверхности теплообменного устройства, значительно снижает термические свойства всего устройства. Еще один недостаток состоит в том, что медь имеет высокий коэффициент теплового расширения относительно материала, используемого в интегральных схемах, а различие в коэффициентах теплового расширения вызывает напряжения и опасность образования трещин в месте соединения между схемой и поглотителем тепла, если медь используется в качестве поглощающего тепло материала. Недостатками алюминия являются умеренная теплопроводность и высокий коэффициент теплового расширения.

В электронной промышленности потребность в более хороших поглотителях тепла растет из-за разработки более быстрых и меньших по размеру схем. Тепловыделяющие элементы в настоящее время могут быть более плотно упакованы. Следовательно, теплопередача должна быть более эффективной, т.е. избыток тепла от локальных точек перегрева необходимо отводить быстро. Основные требования для теплопоглощающего материала – это высокая теплопроводность, коэффициент теплового расширения, близкий к коэффициенту теплового расширения Si, и низкий удельный вес (см., MRS Bulletin, Volume 26, №6, июнь 2001). В данном случае алмаз мог бы быть использован сам по себе в качестве очевидного материала для поглотителей тепла.

Алмаз, как известно, имеет хорошие теплопроводящие свойства (500-2000 Вт/(м·К)) и был бы идеальным материалом для поглотителя тепла, если бы не его стоимость и проблемы производства подходящих форм. По-прежнему много поглотителей тепла производится с использованием алмаза. Существуют различные способы введения алмаза: в виде монокристаллов алмаза, алмазных CVD-покрытий и алмазных композитов.

В патенте США №6031285 (Sumitomo) описан поглотитель тепла для полупроводников, имеющий структуру, которая содержит по меньшей мере один металл (А), выбранный из группы, включающей в себя Cu, Ag, Au, Al, Mg и Zn; карбид (B’), полученный из по меньшей мере одного металла (В), выбранного из группы, включающей в себя группы 4а и 5а Периодической таблицы и хром; и множество частиц алмаза. Поглотитель тепла имеет структуру, в которой более четверти поверхности отдельных алмазных частиц покрыта карбидом металла (B’), и алмазные частицы, покрытые карбидом металла (B’), отделены друг от друга металлом (А). Теплопередача осуществляется от алмаза к металлу (А). Теплопроводящие характеристики находятся в интервале от 230 до 730 Вт/(м·К), причем наименьшее значение достигается тогда, когда металл А состоит из Ag, Cu и Mg, а наибольшее значение достигается тогда, когда металл А состоит преимущественно из Ag и небольшого количества Cu. Недостатками изобретения являются: низкие теплопроводящие свойства при использовании Al, Mg и Zn, и высокая стоимость при использовании Ag и Au.

В патенте США №6171691 (Sumitomo) описан материал, в котором частицы алмаза окружены карбидом металла, карбид металла и алмазы образуют скелет, а промежутки в этом скелете заполнены металлом. Вначале первый металлический сплав, содержащий небольшое количество образующего карбид компонента, проникает между алмазами, которые помещены в форму. Образующий карбид компонент реагирует с алмазами и образует карбид на поверхности алмазов. Карбид вместе с алмазом образует связанную структуру. «Носитель» в металлическом сплаве либо отверждается между покрытыми карбидом алмазами, либо испаряется. Затем второй металлический сплав просачивается в свободные промежутки пористого тела. После этого тело вынимают из формы. Металл представляет собой по меньшей мере один металл из Ag, Cu, Au и Al, а образующий карбид компонент представляет собой по меньшей мере один металл из Ti, Zr и Hf. Теплопередача осуществляется от алмаза через карбид к металлу. Теплопроводящие свойства находятся в интервале от 300 до 900 Вт/(м·К). Недостатками этого материала являются сложная технология и высокая стоимость продукта.

Как патент США №6031285, так и патент США №6171691 предупреждают против использования образующего карбид компонента в качестве единственного наполняющего элемента, причем причиной является то, что образующий карбид элемент сам по себе имеет низкую теплопроводность, что снижало бы теплопроводность заявляемого материала в целом.

В патенте США №5783316 (University of California Oakland) раскрыт композит алмаз-медь-серебро. Материал состоит из алмазных частиц, связанных вместе медью или медными сплавами. Теплопроводность этого материала находится между теплопроводностью алмазных частиц и теплопроводностью меди. Для того чтобы получить более высокую адгезию медного сплава к алмазным частицам, последние покрывают тонким слоем карбидобразующего металла. Недостатками этого материала являются довольно высокая плотность, обусловленная медью, и высокий коэффициент линейного теплового расширения, который также определяется медью. Высокое тепловое расширение приводит к значительной деформации изделия при повышенных температурах. Кроме того, данный материал, как и чистая медь сама по себе, не устойчив к окислению.

Существует ряд патентов, описывающих алмазные композиты, которые не предназначены для применения преимущественно в теплообменных процессах. Основные области применения материалов такого типа составляют инструменты для резки и абразивной обработки. Несколько патентов описывают методики получения материалов, содержащих алмазы, карбид кремния и кремний, с использованием методов высокого давления.

В патенте США №4151686 описан один такой высокотемпературный метод высокого давления, в котором высокое давление используется на стадии спекания для того, чтобы остаться в области стабильности алмаза на фазовой диаграмме при 1300-1600°С, причем спекание проводят в камерах высокого давления с давлением 30000-60000 атм. Только специально изготовленные прессы и пресс-формы обеспечивают требуемое экстремально высокое давление. Следствием этого является высокая стоимость производства, ограниченная производительность и ограниченные формы и размеры тел из алмазных композитов. Материал, получаемый в соответствии с указаниями патента США №4151686, содержит по меньшей мере от 80 до 95 об.% алмазов с большим количеством связей алмаз-алмаз. Высокое содержание алмаза делает материал твердым, но также хрупким и чувствительным к механическим ударам.

Другой материал, производимый высокотемпературными методами высокого давления, представляет собой Syndax3 фирмы De Beers. Это материал предназначен для абразивной обработки (истирания), такого как сверление камня. Материал состоит из алмазных частиц и SiC, спеченных вместе. Согласно публикации «The Industrial Diamond Review», №6, 1985, материал Syndax3 имеет контакт алмаз-алмаз. Можно предположить, что контакт алмаз-алмаз мог бы быть полезен для теплопроводящих свойств. Несмотря на это, согласно проведенным Заявителем измерениям Syndax3 имеет коэффициент температуропроводности не более 1,442 см2/сек и теплопроводность не более 265 Вт/(м·К).

Несколько патентов раскрывают технологии получения материалов, содержащих алмаз, карбид кремния и кремний, без использования высокого давления. Существует ряд вариантов процесса, связанных главным образом с использованием различных углеродистых материалов (здесь и далее относимых ко всем неалмазным углеродным материалам типа углеродной сажи, углеродных волокон, кокса, графита, пироуглерода и т.д.). В принципе, проводятся следующие стадии.

А. Не покрытые алмазные частицы или, что бывает чаще, покрытые углеродом алмазные частицы, а также углеродистые материалы используются в качестве материалов-предшественников. Согласно примерам патента США №4220455 способ начинается с нанесения тонкого слоя (500-1000 Ангстрем) углерода на алмазы с помощью пиролитической реакции. Пиролиз проводят в вакууме в течение нескольких минут путем подачи природного газа или метана в печи с алмазными частицами при 1200°С. Иногда используют алмазы без слоя пиролитического углерода, как в патенте США №4381271, ЕРО 0043541, ЕРО 0056596 и JP 6-199571 А. Как покрытые углеродом, так и не покрытые алмазы смешивают с углеродистыми материалами в качестве основного источника углерода, например, с углеродной сажей, короткими углеродными волокнами или тканью и связующим веществом, до того, как формируется сырое тело.

В. Формирование сырых тел из смеси алмазные частицы/углеродистый материал проводят в форме. Сырые тела содержат дополнительные растворители и временные или постоянные связующие вещества для облегчения формования и повышения прочности сырых тел.

С. Заготовки получают тепловой обработкой сырых тел. Некоторые связующие вещества испаряются без всяких остатков, например парафин, в то время как другие связующие вещества отверждаются, оставляя углеродистый остаток в заготовке, например фенол-формальдегидные и эпоксидные смолы.

D. Просачивание в пористую заготовку расплавленного кремния проводят с образованием карбида кремния по реакции между углеродом и кремнием. Тепловую обработку проводят таким образом, чтобы свести до минимума превращение алмаза в графит, которое считается вредным. В примерах патента США №4220455 просачивание кремния проводят в вакууме, когда тело находится в форме, при температуре между 1400 и 1550°С в течение 15 мин, причем в течение указанного времени реакция между кремнием и углеродом заканчивается. В патенте США №4242106 во время просачивания используют вакуум 0,01-2,0 мм рт.ст. Требуемое время, в зависимости главным образом от размера тела, определяют эмпирически, и оно составляет приблизительно 15-20 мин при температуре выше 1400°С или 10 минут при 1500°С. В патенте США №4381271 используют углеродное волокно для того, чтобы ускорить просачивание жидкого кремния за счет действия капиллярных сил. В большинстве патентов просачивание проводят в форме. В некоторых более ранних патентах просачивание проводят вне формы, как в патенте ЕРО 0043541.

Ни в одном из описанных выше способов получения композитов алмаз/карбид кремния/кремний не используется умышленная графитизация.

В патенте RU 2036779 из алмазного порошка сначала формируют предварительную заготовку, при необходимости вместе с водой или этиловым спиртом. Предварительную заготовку помещают в печь и пропитывают жидким кремнием при 1420-1700°С в аргоне или вакууме. В этом способе поверхность алмазных зерен подвергается минимальной графитизации, так что большая часть алмаза остается неизменной. Это небольшое количество графита реагирует при контакте с просочившимся кремнием, создавая тонкий слой карбида кремния, который предупреждает любое дополнительное превращение алмаза в графит во время используемого процесса. Недостаток этого способа заключается в плохом контроле и отсутствии способа регулирования количества получаемого SiC, остаточного кремния или остаточной пористости, остающейся в композите.

В публикациях WO 99/12866 и WO 00/18702 раскрыты способы получения композита алмаз-SiC-Si. Получаемые композиты состоят из алмазных частиц в матрице SiC и Si или сплава Si в следующих пропорциях: алмазные частицы составляют по меньшей мере 20 об.%, а SiC составляет по меньшей мере 5 об.%. Композит имеет прекрасное сочетание свойств, таких как низкая плотность, высокий модуль упругости, низкий коэффициент теплового расширения, при этом он устойчив к окислению. Однако теплопроводность материала не является достаточно высокой для того, чтобы решить проблему потребности в более хороших поглотителях тепла для электронной промышленности.

Цель настоящего изобретения состоит в создании материала, который имел бы при комнатной температуре коэффициент теплопроводности по меньшей мере 400 Вт/(м·К) и температуропроводность по меньшей мере 2,1 см2/сек, который мог бы быть получен эффективным с точки зрения стоимости способом в виде изделия желаемой формы.

Сущность изобретения

Указанная цель в соответствии с настоящим изобретением достигается с помощью теплопроводящего композитного материала, изготовленного из смеси алмазных частиц и содержащего алмазные частицы, карбид кремния и кремний или сплав кремния, при этом карбид кремния образует взаимосвязанную скелетную структуру, окружающую каждую отдельную алмазную частицу, а кремний или сплав кремния заполняет промежутки скелета из карбида кремния, причем преобразованный алмаз является единственным источником углерода в материале, и указанный теплопроводящий материал имеет содержание алмаза по меньшей мере 58 об.% и самое большее 81 об.%, содержание карбида кремния по меньшей мере 3 об.% и самое большее 39 об.%, и содержание кремния или сплава кремния самое большее 41 об.%, а алмазные частицы состоят по меньшей мере из двух фракций с различным размером частиц, причем по меньшей мере 50 масс.% частиц в смеси алмазных частиц, из которых изготовлен теплопроводящий материал, имеют диаметр 80 мкм или более, в результате чего теплопроводящий материал имеет температуропроводность по меньшей мере 2,1 см2/сек и теплопроводность по меньшей мере 400 Вт/(м·К).

В предпочтительном варианте содержание азота в алмазной фракции с наибольшим диаметром составляет 300 ч/млн (частей на миллион по массе) или менее, а теплопроводность составляет по меньшей мере 430 Вт/(м·К).

В другом предпочтительном варианте изобретения содержание азота в алмазной фракции с наибольшим диаметром составляет 130 ч/млн или менее, а теплопроводность составляет по меньшей мере 490 Вт/(м·К).

В еще одном предпочтительном варианте изобретения содержание азота в алмазной фракции с наибольшим диаметром составляет 80 ч/млн или менее, а теплопроводность составляет по меньшей мере 550 Вт/(м·К).

В еще одном предпочтительном варианте изобретения сплав кремния содержит по меньшей мере один металл из группы, включающей в себя Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Al, Ge, причем в материал может быть включено небольшое количество соединения металл-углерод, содержащего по меньшей мере один металл из группы, включающей в себя Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Al, Ge. В этом варианте изобретения содержание азота в алмазной фракции с наибольшим диаметром составляет предпочтительно 100 ч/млн или менее, а теплопроводность составляет по меньшей мере 500 Вт/(м·К).

Краткое описание чертежей

Изобретение далее описано с помощью чертежей, из которых:

Фиг.1 представляет собой полученную с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) фотографию поперечного сечения разломленного материала в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.

Фиг.2 представляет собой полученную с помощью СЭМ фотографию в увеличенном масштабе поперечного сечения разломленного материала в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.

Описание вариантов осуществления изобретения

Материал в соответствии с настоящим изобретением получен способами, представленными в публикациях WO 99/12866 и WO 00/18702. Эти способы включают в себя следующие стадии:

1. Формирование пористой заготовки из смеси, содержащей алмазные частицы.

2. Тепловая обработка заготовки и регулирование температуры нагревания и времени нагревания так, чтобы за счет графитизации алмазных частиц образовывалось некоторое желаемое количество графита, в результате чего образуется промежуточное тело.

3. Просачивание расплавленного кремния или, альтернативно, сплава кремния в промежуточное тело.

4. Взаимодействие расплавленного кремния и графита с образованием SiC.

С помощью производственного процесса, описанного выше, получают изделие заранее определенной формы. Во время процесса от формирования заготовки до конечного продукта на макроскопическом уровне отсутствуют усадка, набухание и деформация (перекашивание). Упомянутые выше публикации WO 99/12866 и WO 00/18702 описывают дополнительные детали способов, и их содержание включено в данную работу.

В дальнейшем:

Сырая плотность = масса сырого тела/объем сырого тела.

Относительная сырая плотность=сырая плотность/теоретическая плотность алмаза; и

Пористость = 1 – относительная сырая плотность.

Заготовку формируют из смеси алмазных частиц, имеющих минимальный размер 6 мкм, причем заготовку готовят с относительной сырой плотностью в по меньшей мере 60%. Алмазная смесь состоит по меньшей мере из двух фракций с различными размерами алмазных частиц. Из содержащегося в заготовке алмаза по меньшей мере 50% должны иметь диаметр 80 мкм или более. Использование по меньшей мере двух различных фракций с разными размерами алмазных частиц необходимо для того, чтобы достичь степени упаковки в заготовке, которая в спеченной прессовке дает достаточно высокую концентрацию алмаза (то есть имеет место короткий путь перемещения фононов между алмазами), что обеспечивает желаемый уровень температуропроводности и теплопроводности. Содержание алмаза в заготовке составляет по меньшей мере 95 масс.%, то есть может быть использовано небольшое количество связующего вещества.

Формование заготовки осуществляют известными способами, такими как литье прессованной ленты, шликерное литье или формование геля, с использованием обычного оборудования.

Суммарная продолжительность тепловой обработки алмазного тела составляет столько времени, сколько необходимо для того, чтобы масса алмаза в указанном теле уменьшилась на желаемую величину вследствие графитизации алмазных частиц. Примером тепловой обработки является нагревание заготовки до температуры между 1000 и 1900°С в вакууме или в инертной атмосфере.

Пропитку расплавленным Si или сплавом Si проводят такими известными способами, как плавление твердого образца на поверхности заготовки и подача уже расплавленного Si или сплава Si на поверхность заготовки, или же путем погружения заготовки в расплав Si или сплав кремния. По мере просачивания расплава в заготовку он реагирует с графитом и образует SiC или фазу SiC, включающую в себя элементы, являющиеся компонентами сплава. Образовавшаяся фаза карбида кремния и небольшое количество фазы непрореагировавшего кремния или сплава кремния заполняют пористое пространство заготовки.

Тепловую обработку и пропитку можно успешно проводить в той же самой печи.

Используемый просачивающийся расплав может представлять собой сплав кремния, содержащий по меньшей мере один металл, выбранный из группы, включающей в себя Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Al и Ge. В этом случае могут образоваться небольшие количества вторичной фазы из таких соединений, как силициды металлов, карбиды металлов и т.д.

Таким образом, спеченный композитный материал состоит из трех основных фаз: алмазной фазы, фазы карбида кремния вокруг алмазных частиц и фазы непрореагировавшего кремния или сплава кремния между областями карбида кремния. На Фиг.1 представлен вид обычного поперечного сечения материала, полученного с помощью способа, описанного выше в соответствии с вариантом настоящего изобретения, наблюдаемый с помощью обратного рассеивания электронов в сканирующем электронном микроскопе. Темные частицы представляют собой алмаз, серый скелет представляет собой SiC, и белые пятна соответствуют участкам кремния. Начальный состав алмазного порошка был таким: 75 масс.% D8(150 мкм) + 20 масс.% D31(20 мкм + 5 масс.% D32(7 мкм), где обозначения D8, D31 и D32 представляют собой сокращенные названия различных используемых алмазов, а различные средние размеры используемых частиц указаны в скобках. Карбид кремния, который образуется по реакции между графитизированным алмазом и расплавом, покрывает и окружает каждую отдельную частицу алмаза. Фаза SiC образует взаимосвязанную скелетную структуру, которая охватывает со всех сторон частицы алмаза. На Фиг.2 представлен более увеличенный вид типичного поперечного сечения второго варианта материала в соответствии с настоящим изобретением, содержащего 200-250 мкм алмазы (диаметры наиболее крупных частиц), для иллюстрации плотной (тесной) связи алмазов и SiC, окружающего алмазы. В композитном материале фактически нет контактов алмаз-алмаз. Из-за того, что SiC имеет больший коэффициент теплового расширения, чем коэффициент термического расширения алмаза, SiC в процессе охлаждения по окончании тепловой обработки стремится к сокращению в большей степени, чем алмазные частицы. При температурах ниже той температуры, при которой образуется SiC, окружающий отдельные алмазные частицы SiC будет оказывать сжимающее усилие на каждую частицу. Полагают, что это вносит некоторый вклад в неожиданно хорошую теплопроводность материала в соответствии с настоящим изобретением. Кремний или непрореагировавший сплав кремния вместе с возможными небольшими количествами соединений вторичной фазы, такими как карбиды металлов, силициды металлов и другие, расположены на участках внутри или между карбидом кремния, который охватывает алмазные частицы. Спеченный композитный материал содержит указанные фазы в следующих пропорциях: алмазы 58-81 об.%, Si или сплав Si максимально 39 об.%, и SiC 3-41 об.%.

Границы содержания алмаза были определены эмпирически. Концентрация алмаза ниже 58 об.% в конечном теле приводит к слишком низкой теплопроводности. Концентрацию алмаза свыше 79 об.% трудно получить с помощью используемой технологии формования. Более того, концентрация алмаза свыше 79 об.% создает проблемы во время просачивания расплава, так как вся заготовка не может быть полностью заполнена расплавом, и это приводит к плохим свойствам конечного композита, как термическим, так и механическим. Однако с помощью специальных технологий формования и технологий просачивания при содействии умеренного давления концентрация алмаза в конечной основе может быть немного повышена, при этом может быть получена концентрация алмаза 81 об.%.

Для получения высокого значения теплопроводности композитного материала критической является хорошая адгезия между различными фазами (см., Handbook of industrial diamonds and diamond films, pages 184). Графитовый слой, образованный на поверхности алмазных частиц, имеет очень хорошую адгезию к алмазу, так как графит является преобразованным алмазом. Когда расплав кремния реагирует с указанным графитом, образованный карбид кремния наследует очень хорошую адгезию к алмазу, при этом образуется прочная связь между карбидом и алмазом. Когда зародышеобразование карбида кремния происходит на поверхности графита, который образован в результате графитизации алмаза, получаемый карбид кремния растет эпитаксиально, то есть растущий на алмазе кристалл карбида кремния следует (соответствует) кристаллографической ориентации алмаза. Модель, по которой образуется карбид кремния, а также прочная связь между алмазными частицами и окружающим их карбидом кремния, как полагают, являются решающими факторами для получения удивительно высокой теплопроводности материала в соответствии с настоящим изобретением. В материале согласно настоящему изобретению получают длинный свободный путь для переноса фононов. В таблице 3 показано, что теплопроводность зависит от того, как углерод, который образует карбид кремния, введен в материалы с идентичными по всем другим позициям исходными составами.

Хорошее качество исходных материалов, алмазов, а также кремния является существенным для достижения максимальных уровней температуропроводности и теплопроводности. Примеры важных параметров качества алмаза являются низкие содержания кобальта, никеля и азота в объеме алмаза. Хорошо известно, что низкий уровень азота обеспечивает хорошую теплопроводность. Положительный результат наблюдается, если содержание азота в алмазных частицах крупного размера составляет 300 ч/млн или менее, предпочтительно 100 ч/млн или менее. Очень высокие значения теплопроводности достигаются, когда содержание азота составляет 80 ч/млн или менее.

Графитизация поверхностей алмаза оказывает положительный эффект с точки зрения физических дефектов поверхности алмазных частиц, вызываемых различными видами механической обработки типа измельчения или просеивания. Графитизация преобразует дефектные слои на поверхности алмаза, в результате обеспечивая улучшение пути переноса фононов.

Неожиданно установлено, что прямое связывание между алмазами не является необходимым для достижения хорошей теплопроводности. Более существенным является наличие пути переноса фононов высокого качества. Это иллюстрируется приведенными ниже примерами.

В таблицах 1 и 2 представлены значения температуропроводности и теплопроводности для ряда композиций с различными фазами. В таблице 1 сделан акцент на установленные уровни алмаза, а в таблице 2 важным является размер алмазных частиц. Обозначения D1, D2 и так далее представляют собой сокращенные названия различных алмазов, а средний размер частиц указан в скобках.

Фазовый состав спеченных образцов, приведенный в таблицах 1 и 2, является рассчитанным значением. Использованы следующие четыре уравнения.

φD=(1-ε0)(1-α)

φSiC=(1-ε0)(MSiCD/MCSiC

φSi=1-(φDSiC)

α=(ρScD+1,18*ε0-3,51)/(2,03(1-ε0)),

где ε0 представляет собой исходную пористость, ρScD, ρD и ρSiC представляют собой плотности соответственно спеченного композита, алмаза и карбида кремния, MSiC и MC представляют собой молекулярные массы карбида кремния и углерода, и, наконец, α представляет собой степень графитизации.

Материал в соответствии с изобретением проявляет коэффициент теплового расширения в интервале между 1,8×10-6 до 2,3×10-6 К-1. Это очень низкий уровень теплового расширения, который хорошо соответствует коэффициентам теплового расширения плат с интегральными схемами.

Как указывалось ранее, тип источника углерода или, иными словами, способ введения углерода для получения карбида играет важную роль с точки зрения обеспечения высокого уровня теплопроводности. Проведен ряд опытов для того, чтобы количественно охарактеризовать это явление. Углерод добавляют в заготовку или он образуется в заготовке тремя путями. Затем заготовку пропитывают расплавом кремния и измеряют температуропроводность спеченного композита. Алмазная смесь, образующая заготовку, является полностью одинаковой и представлена составом образца А. Источники углерода для образования карбида получали графитизацией алмазов, осаждением пироуглерода в заготовке и смешением угольного порошка с алмазным порошком, который образует заготовку. Условия и результаты опытов представлены в таблице 3.

Очевидно, что образец А, в котором нет внешнего источника углерода, имеет наиболее высокую температуропроводность. Для расчета уровня теплопроводности фазовые составы образцов в данном случае определены с помощью анализа СЭМ-изображения поверхностей разлома.

Существуют некоторые различия в фазовых составах между четырьмя различными группами образцов. Причиной таких различий в конечном продукте являются трудности в достижении точно одинакового конечного состава при использовании различных способов производства. При добавлении внешнего углерода (В; С; D) остаточное количество кремния в конечном образце снижается приблизительно от 10% для образца А. Это особенно заметно в случае добавления пироуглерода (В;С), где наблюдается менее 1% кремния. Впоследствии образование карбида кремния увеличивается до некоторой степени, но общие фазовые сдвиги приводят к умеренным различиям в значениях Ср, используемых для расчета уровня теплопроводности различных образцов, см. Таблицу 3.

Описанные выше колебания не являются достаточно большими для того, чтобы ими можно было объяснить большие отличия в измеренной температуропроводности при добавлении внешнего углерода. Важным является наличие углерода, формирующегося именно из алмаза и образующего окружающий алмаз SiC-слой, который простирается в виде скелетной структуры по всему композиту и обеспечивает оптимальный решеточный механизм переноса фононов. В таблице 3 показано большое влияние природы источника углерода на температуропроводность. Когда композит готовят в соответствии с настоящим изобретением, конечное значение теплопроводности превышает теплопроводность металлов, наилучшим из которых является медь с λ=400 Вт/(м·К) и α=1,16 см2/сек.

Температуропроводность измеряют с использованием технологии лазерной вспышки. Верхнюю поверхность образца в виде диска облучают лазером, который дает мгновенный энергетический импульс. Энергия лазера абсорбируется верхней поверхностью и проходит через образец. Сразу после излучения лазерной вспышки температуру задней поверхности проверяют на тепловое излучение, которое определяют с использованием фотоэлектрического инфракрасного детектора. Лазерный импульс повышает температуру образца только на несколько градусов. Температуропроводность (α) рассчитывают, исходя из толщины (L) образца и времени, необходимого для того, чтобы температура задней поверхности достигла половины общего повышения температуры (t1/2) с использованием уравнения α=kL2/t1/2, где k представляет собой константу. Используемое оборудование для создания лазерной вспышки представляет собой ULVAC Sinku-Rico TC-700/Melt с лазером на основе неодимового стекла, который имеет колебательную длину волны 1,064 мкм, и индий-сурьмяным ИК-детектором, который охлаждается жидким азотом. Образцы представляют собой диски диаметром 10 мм и толщиной 4-5 мм. Измерения проводят при комнатной температуре, ширина импульса составляет 0,88 мсек, продолжительность импульса составляет 0,3 мсек, диаметр импульса 15 мм, энергия импульса 15 Дж/импульс и напряжение 2,4 кВ.

Затем рассчитывают теплопроводность λ с использованием уравнения α=λ/Срρ, где Ср представляет собой теплоемкость и ρ представляет собой плотность. Теплоемкость рассчитывают в соответствии с уравнением Ср=∑(ρiφiCi)/ρScD, где ρScD представляет собой плотность спеченного композита, ρi представляет собой плотность каждой фазы, φi представляет собой объемную долю каждой фазы, а Ci представляет собой теплоемкость каждой фазы.

Таблица 1
Начальный состав (масс.%)Размер частиц каждого типа алмаза (мкм)Относительная сырая плотность%Плотность (г/см3)Расчетное значение Ср(Дж/(кг·К))Фазовый состав спеченного композита (об.фракция)измеренное значение a±5% (см2/сек)Расчетное значение λ (Вт/(м·К)
DSiCSi
65%D1+25% D23+10%D32D1(420), D23(53), D32(7)773,2935380,790,030,183,455612
65%D2+25% D23+10%D32D2(420), D23(53), D32(7)773,2835390,780,030,193,333590
65%D34+25% D24+10%D32D34(300), D24(50), D32(7)793,3325440,750,130,123,408618
65%D5+25% D31+10%D32D5(150), D31(20), D32(7)793,3945470,730,230,043,389630
65% D11+35% D25D11(200), D25(28)753,2305490,720,060,232,642468
75%D8+20% D31+5%D32D8(150), D31(20), D32(7)743,3695580,660,300,043,362632
75%D9+15% D31+5%D32D9(88), D31(20), D32(7)723,3065590,650,240,112,642488
75%D26+20% D31+5%D32D26(91), D31(20), D32(7)703,3025620,630,260,112,176404
50,7% D3+49,3%D29D3(420), D29(10)713,3455630,620,320,062,713511
70%D37+15% D24+5%D31D37(200), D24(50), 31(20)703,3385650,610,330,062,759521
70%D24+30%D30D24(50), D30(5)703,3405660,600,340,062,036385
70%D10+25% D31+5%D29D10(80), D31(20), D29(10)683,3005670,600,300,102,282427
80%D7+15% D24+5%D31D7(125), D24(50), D31(20)653,2275690,580,240,182,704497
100% D23D23(53)643,2775730,550,330,121,869351
60%D24+40% D29D24(50), D29(10)653,2955780,550,360,091,762336
Таблица 2
Начальный состав (масс.%)Размер частиц каждого типа алмаза (мкм)Относительная сырая плотность, %Плотность (г/см3)Расчетное значение Ср(Дж/(кг·К))Фазовый состав спеченного композита (об.фракция)измеренное значение a±5% (см2/сек)Расчетное значение λ (Вт/(м·К)
DSiCSi
65% D4+25% D24+10%D32D4(500), D24(50),D32(7)793,3455450,750,150,103,590657
65% D1+25% D28+10%D27D1(420), D28(53),D27(6)793,3185410,770,090,144,076732
65% D3+25% D24+10%D32D3(420), D24(50),D32(7)793,3395440,750,140,113,372613
50,7% D3+49,3% D29D3(420), D29(10)743,3615580,660,290,052,851535
65% D34+25% D24+10%D32D34(300), D24(50),D32(7)793,3325440,750,130,123,408618
65% D12+35% D31D12(160), D31(20)753,3295530,690,210,102,993551
75% D8+20% D31+5%D32D8(150), D31(20),D32(7)743,3695580,660,300,043,362632
65% D14+35% D31D14(180), D31(20)743,3075540,690,190,122,822517
65% D13+25% D31+10%D32D13(160), D31(20),D32(7)773,3645510,710,230,062,793517
70% D15+30% D35D15(150), D35(8)703,3145650,620,290,092,182408
75% D36+20% D31+5%D32D36(125), D31(20),D32(7)743,3325570,680,240,082,562475
75% D22+25% D29D22(125), D29(10)323,2735650,610,250,142,351435
70% D17+30% D29D17(125), D29(10)693,3115660,610,300,092,230418
70% D16+30% D35D16(106), D35(8)703,3225650,620,300,082,226418
75% D26+20% D31+5%D32D26(91), D31(20),D32(7)703,2655610,650,200,152,228408
75% D9+15% D31+10%D32D9(88), D31(20),D32(7)723,3065590,650,240,112,642488
70% D10+25% D31+5%D29D10(80), D31(20),D32(7)663,2905700,580,320,102,300449
70% D18+30% D30D18(75),D30(5)713,3155620,640,270,092,020376
70% D19+30% D30D19(63),D30(5)703,3405660,600,340,062,036385
60% D24+40% D29D24(50), D29(10)653,2955780,550,360,091,762336
70% D20+30% D33D20(45),D33(3)703,3185640,620,300,081,948365
70% D21+30% D33D21(38),D33(3)703,3285640,620,300,081,946365

1. Теплопроводящий композитный материал, изготовленный из смеси алмазных частиц и содержащий алмазные частицы, карбид кремния и кремний или сплав кремния, при этом карбид кремния образует взаимосвязанную скелетную структуру, окружающую каждую отдельную алмазную частицу, а кремний или сплав кремния заполняет промежутки скелета карбида кремния, причем преобразованный алмаз является единственным источником углерода в материале, и указанный теплопроводящий материал имеет содержание алмаза по меньшей мере 58 об.% и самое большее 81 об.%, содержание карбида кремния по меньшей мере 3 об.% и самое большее 39 об.% и содержание кремния или сплава кремния самое большее 41 об.%, а алмазные частицы состоят по меньшей мере из двух фракций с различным размером частиц, причем по меньшей мере 50 мас.% частиц в смеси алмазных частиц, из которых изготовлен теплопроводящий материал, имеют диаметр 80 мкм или более, в результате чего теплопроводящий материал имеет температуропроводность по меньшей мере 2,1 см2/с и теплопроводность по меньшей мере 400 Вт/(м·К).

2. Теплопроводящий материал по п.1, в котором содержание азота в алмазной фракции с самым большим диаметром составляет 300 ч/млн или менее, а теплопроводность составляет по меньшей мере 430 Вт/(м·К).

3. Теплопроводящий материал по п.2, в котором содержание азота в алмазной фракции с самым большим диаметром составляет 130 ч/млн или менее, а теплопроводность составляет по меньшей мере 490 Вт/(м·К).

4. Теплопроводящий материал по п.3, в котором содержание азота в алмазной фракции с самым большим диаметром составляет 80 ч/млн или менее, а теплопроводность составляет по меньшей мере 550 Вт/(м·К).

5. Теплопроводящий материал по п.1, в котором сплав кремния содержит по меньшей мере один металл из группы, состоящей из Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Al, Ge.

6. Теплопроводящий материал по п.5, который включает в себя небольшое количество соединения металл – углерод, содержащего по меньшей мере один металл из группы, состоящей из Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Al, Ge.

7. Теплопроводящий материал по п.5, в котором содержание азота в алмазной фракции с самым большим диаметром составляет 100 ч/млн или менее, а теплопроводность составляет по меньшей мере 500 Вт/(м·К).

Материалы строительные, теплопроводность – Справочник химика 21

    Древесина, как известно, является идеальным строительным материалам. Она обладает высоким модулем упругости в наиравленин волокон прп низкой плотности. Кроме того, ее прочность, необычно высокая для органического материала, не зависит от температуры в н]ироком интервале. В этом отношении древесина значительно превосходит синтетические органические полимерные материалы. Кроме того, древесина, обладая низким коэффициентом теплопроводности, имеет очень высокие теплоизоляционные показатели. К недостаткам. чревеспны относятся анизотропия прочностных свойств, высокие водопоглощение н набухание. Свойства некоторых композиционных древесных материалов приведены в табл. 9.2. Таблица 9.2. Свойства композиционных древесных материалов [28] [c.124]
    По теплопроводности твердые тела делят на три группы. Первая группа — металлы с теплопро- гоо водностью от 6,8 ккал (м-ч-град) для ртути или 40 ккал (м-ч-град) для стали до 394 ккал] (м-ч-град) для серебра. Однако эти величины в сильной степени зависят от примесей и загрязнений материала. Вторую группу составляют строительные материалы с теплопроводностью от 0,2—0,25 ккал (м-ч- град) для обыкновенного строительного кирпича до 16 ккал (м ч – град) для карборундового кирпича. Третья группа представляет собой теплоизоляционные материалы с теплопроводностью от 0,033 ккал  [c.279]

    Замазка Арзамит ТУ 6-05-1133-75 — теплопроводный кислотощелочестойкий материал, получаемый смешением на месте производства работ арзамит-раствора и арзамит-порошка в соотношении 0,8 1 (по массе). Соотношение может быть изменено в зависимости от вязкости раствора и назначения замазки. Замазка предназначена для защиты оборудования и строительных конструкций штучными материалами. Она бывает марок IV и V (табл. II). [c.20]

    Гипсовые изделия характеризуются сравнительно небольшой плотностью, несгораемостью и относительно невысокой теплопроводностью. В состав гипсовых изделий вводят древесные опилки, шлаки и другие наполнители, уменьшающие массу и улучшающие гвоздимость, под которой в строительном деле понимают способность материала прочно удерживать вбитые гвозди, ие растрескиваясь. Следует сказать, что эти наполнители приводят к некоторому уменьшению прочности изделий. Гипс является воздушно вяжущим материалом, поэтому изделия из него не рекомендуется применять в помещениях с повышенной влажностью. [c.82]

    Окись магния имеет очень высокую температуру плавления 2818 . Пойтому магнезит, подвергая сильному обжигу, употребляют для изготовления кирпича высокой огнеупорности, идуилего на кладку металлургических печей. Смесь окиси магния с хлористым магнием затвердевает, обладает вяжущими свойствами и называется цементом Сореля. Его получают, прокаливая магнезит при температуре от 700 до 900° куски обожженного продукта, называемого каустическим магнезитом, размалывают в мелкий порошок и смеш15вают с раствором хлористого магния крепостью в 18° Be. Цемент Сореля, перемешанный с кусками какой-либо рыхлой породы вроде мела, песка, с древесными опилками, бумажной массой, быстро твердеет и дает прочный строительный материал. Ему придают форму плиток и листов и употребляют для настилки полов, устройства легких простенков и перегородок. Плиты, изготовленные из древесных опилок, называются ксилолитом-, он удобен для обработки, так как легко просверливается, хорошо стругается и распиливается обыкновенной плотничной пилой, обладает легким весом и малой теплопроводностью. Полы из ксилолитовых плиток бесшумны при ходьбе по ним и долго не изнашиваются. [c.39]


    Качество изоляции зависит от правильного выбора изоляционного материала, толщины его, защиты от увлажнения и целесообразного сочетания со строительной частью ограждения при доброкачественном выполнении изоляционных работ. Качество изоляции характеризуется коэффициентом теплопередачи, определяемым в основном коэффициентом теплопроводности применяемого изоляционного материала и толщиной его слоя. Экономичная толщина изоляционного слоя должна обеспечить минимальные общие первоначальные затраты на изоляцию и холодильное оборудование и содействовать сокращению эксплуатационных расходов. [c.201]

    С т-ра ликвидуса от 1250 до 1350° С коэфф. теплопроводности (т-ра 20° С) 1,2—2,4 ккал м X X ч град, удельная теплоемкость при т-ре 0° С равна 0,20, при т-ре 200° С — 0,25 ккал/кг град. Модуль Юнга (0,62—1,13) 10 кгс/мм , модуль сдвига (0,275—0,346) 10 кгс мм , коэфф. Пуассона 0,22— 0,25. Б. отличается хим. стойкостью к большинству к-т и оснований. Относится к наиболее распространенным породам, на его долю приходится более 20% магматических пород. Залегают они гл. обр. в виде покровов и потоков, площадь к-рых нередко достигает нескольких десятков, а иногда и сотен квадратных километров мощность покровов измеряется несколькими десятками метров. Для Б. характерна столбчатая отдельность. Б— строительный материал, используемый для получения брусчатки, щебня, штучного камня, для облицовки сооружений. [c.115]

    Ежесуточные колебания температуры (особенно перепады между дневной и ночной температурой воздуха) в сочетании с малой теплопроводностью строительных материалов вызывают различную степень нагрева их отдельных слоев. Согласно законам физики, объем нагретых слоев увеличивается, охлажденных — уменьшается (усадка материала). В результате этого появляются капиллярные трещины, приводящие со временем к разрушению строительного материала. При больших колебаниях температуры разрушение может приобрести лавинный характер. В поры и капиллярные трещины материала проникает вода замерзая, вода увеличивается в объеме, стимулируя тем самым процесс разрушения. [c.242]

    Гидрофобизация строительного материала существенным образом улучшает также термоизоляционные свойства, так как при повышении влажности материала на 10% теплопроводность повышается на 150%. Это особенно важно для сильно гигроскопичных материалов, например пенобетона, который поглощает около 50% воды. [c.302]

    Обрабатываемые газопламенными процессами металлы обладают высокой теплопроводностью. Так, металлические трубы проводят тепло, поглощаемое в месте сварки, на значительное расстояние, что может вызвать воспламенение горючего материала, находящегося вне поля зрения сварщика. Неметаллические строительные материалы, являясь в большинстве случаев плохим проводником тепла, хорошо его аккумулируют, вследствие чего могут образоваться застойные тепловые зоны, приводящие к воспламенению. [c.277]

    Характеристика материалов по их объемному весу имеет большое значение при оценке теплопроводности различных волокнистых материалов, используемых для пошивки одежды, обуви, головных уборов, а также при оценке теплоизоляционных свойств разных строительных материалов. Так как теплопроводность зависит от пористости материала (чем больше пористость, тем меньше теплопроводность), а пористость связана с объемным весом, можно сделать вывод, что теплопроводность волокнистых одежных материалов является функцией их объемного веса. Чем меньше объемный вес этих материалов, тем ниже их теплопроводность. [c.25]

    В зависимости (61) А. представляет собой коэффициент теплопроводности материала теплового мостика. Так как коэффициент теплопроводности строительных материалов значительно больше коэффициента теплопроводности изоляционных материалов, то длина фартука оказывается порядка 1,0—1,5 м. Толщина изоляционного слоя фартука обычно ич- [c.124]

    Арзамит универсальный — кислото- и щелочестойкий теплопроводный материал. Применяют при футеровке аппаратуры плитками из АМТ-1, а также для футеровки аппаратуры и строительных конструкций другими штучными кислотоустойчивыми материалами. [c.409]

    Пеностекло получают добавлением в шихту веществ, разлагающихся при плавлении шихты с выделением газов. При застывании вспененной стекломассы образуется пеностекло (пористое стекло) — легкий строительный материал, обладающий малой теплопроводностью и звукопроницаемостью. [c.166]

    По строительной конструкции здание холодильника пред-ставляет собой огнестойкую постройку с хорошей тепловой изоляцией пола, стен и крыши. В качестве тепловой изоляции применяют плиточный материал с малым коэффициентом теплопроводности. [c.45]

    Пеностекло — пористый материал, получаемый спеканием размолотого стекла с газообразователями. Его изготовляют в виде блоков 50 X 50 см, 45 X 35 см, 30 X 35 см при толщине 6—12 см. Пеностекло сравнительно прочный материал и может использоваться как изоляция и как строительный материал. Объемный вес 290—600 кг м , коэффициент теплопроводности 0,10— 0,15 ккалЫ час °С. [c.251]

    Нагреванием до 700— 800 С смеси стеклянного порошка х веществами, способными выделять газы, получают так называемое пеностекло. Оно похоже на губку. Удельный вес его находится в пределах от 0,2 до 0,5. Пеностекло обладает малой теплопроводностью и превосходными теплоизоляционными свойствами, и свойства дают возможность использовать его в качестве строительного материала. [c.362]


    Гидрофобизирующие составы для строительных материалов, несмотря на большую их эффективность, пока используются мало. Можно ожидать появления улучшенных продуктов, которые найдут более широкое применение. Возможно создание для трубопроводов термоизоляции, обладающей низкой теплопроводностью и хорошей водостойкостью. Большой и пока неиспользованной областью применения является гидрофобизация гипсовых строительных деталей. Более широкое применение бетона и цементных красок с водоотталкивающими добавками приведет к снижению разрушения строительных сооружений иод влиянием влаги. Новые рынки сбыта могут появляться по мере того, как обработке силиконами будут подвергать больше различных строительных материа.лов. Опыты показали, что силиконовые кондиционирующие или стабилизирующие агенты для почвы могут снизить эрозию, например, на откосах и обочинах шоссейных дорог. [c.236]

    Коэффициент теплопроводности X. Теплопроводность в зависимости от материала изменяется в широких пределах. Различные материалы имеют следующие значения коэффициента теплопроводиости X (в ккал/(м-ч-°С) медь — 333, алюминий — 195, латунь — 94,5, малоуглеродистая (мягкая), сталь — 57, кремнистая бронза — 28, нержавеющая сталь — 13,1, 85%-пая магнезиальная изоляция — 0,05, строительный кирпич — 0,06, огнеупорный кирпич — 0,74—1,61, шерсть — 0,087—0,149. В литературе имеется много данных о теплопроводности. Влияние коэффициента теплопроводности на процесс теплопередачи наглядно показано в уравнениях (122), (123). [c.160]

    Низкая плотность дыма, выделяющегося при горении ФС, является решающим аргументом в пользу их применения в строительстве и на транспорте. В ФРГ, согласно стандарту DIN 4102, маты на основе минеральных волокон и ФС относятся к негорючим материалам класса А1 или А2 (в зависимости от содержания связующего) фенольные иенонласты — к огнестойким материалам класса В1, нлн к нормально горючим класса В2 (в зависимости от содержания добавок и облицовки). Последнее наводит иа размышление о том, что низкая горючесть строительного материала сама по себе еще не является достаточным условием безопасности нри пожаре. Эффективную защиту обеспечивают лишь те конструкции, в которых низкая теплопроводность сочетается с высокой термостойкостью (рнс. 11.1). [c.167]

    Иногда для полного устранения зоны конденсации требуется нароизоляционный слой довольно значительной толщины. Поэтому нри онределении необходимой толщины нароизоляционного слоя можно допускать некоторое накопление влаги в материале, которое за установленный срок эксплуатации изоляции (папример, за 20 – 25 лет, после которых изоляцию падо заменить) вызовет онределенное ухудшение характеристик тенлоизоляционного материала. Исходя из того, что за этот срок может быть увеличен коэффициент теплопроводности материала в два раза, И. Ф. Душип (ВНИХИ) предложил определять необходимое сонротивление наронроницанию нароизоляционного слоя (м -ч-мм. рт. ст./г) но формуле Нн = 1,6 (рн — рпм). Учитывая кратковременность внешних условий, но которым ведется расчет, строительные нормы ФРГ допускают расчетное выпадение влаги в ограждении, определяемое по выражению (3.13), до [c.60]

    Одной из основных причин коррозионно-эрозион-ного разрушения конструкций является солнечная активность. Резкие колебания температуры в дневные и ночные часы в сочетании с низкой теплопроводностью строительных материалов вызывают значительный градиент температур в объеме конструкции. При этом объем нагретых элементов увеличивается, а охлажденных уменьшается. В результате появляются капиллярные трещины. В такие трещины проникает вода, которая при замерзании увеличивается в объеме, что со временем приводит к разр тиению материала. Аналогичный [c.102]

    Теплообмен между зданием н окружающей его средой в большой степени зависит от суммарной теплопроводности стен и перегородок внутри здання, от погодных условий и от разности температуры внутри н вне помещения. В свою очередь, эти факторы находятся в тесной связи с видом строительных материалов п их способностью поглощать влагу, с типом конструкций, качеством исполнения и месторасположением строения. Очевидно, что определяющие условия могут изменяться в широких пределах. Следовательно, любые оценки теплообмена могут носить только приближенный характер. В целях облегчения расчетов нагрева и вентиляции были выпущены различные пособия [7.1—7.31 с достаточным количеством фактического материала, так что инженеры имеют возможность получить необходимую информацию. Эти пособия общедоступны и обеспечивают должную широту охвата и достоверность данных. Знание баланса тепла и зависимости теплообмена здания от внешних условий важно не только для контроля за тепловым комфортом, но и для обеспечения стабильности температурного режима внутри здания. [c.161]

    В зависимости от назначения материалов к их теплопроводности предъявляются различные требования. В тех случаях, когда изделия должны быстро прогреваться, например кухонная посуда, материал должен обладать высокой теплопроводностью, напротив, в теплоизоляторах (строительных стеновых, а также одежных материалах) теплопроводность должна быть розможно более низкой. [c.48]

    Газонаполненные пластмассы (поро- и пенопласты) являются наиболее эффективным видом теплоизоляционных материалов, сочетающих в себе легкость, прочность и формоустойчивость. Эти качества материала позволяют создать легкие ограждающие конструкции зданий и сооружений, надежную и долговечную теплоизоляцию промышленного оборудования и тепловых сетей. При разработке промышленной технологии газонаполненных пластмасс используют последние достижения химии и физики, что позволяет регулировать их структуру и свойства в широком диапазоне прочности, теплофизических и эксплуатационных показателей. Особый интерес представляют изделия на основе полистирола, фенолформальдегидных смол, полиуретанов и карбамидных смол. Рост производства газонаполненных пластмасс, используемых в качестве строительной теплоизоляции, основывается на все возрастающих потребностях строительства в этих материалах, а объем их выпуска достигнет к 1975 г. более 1 млн м . Плиты по-листирольного пенопласта ПСБ и ПСБ-С (с антипиреном), изготовленные из суспензионного вспенивающего полистирола (гра-нулята), предназначены для тепловой изоляции строительных ограждающих конструкций и промышленного оборудования при температуре изолируемых поверхностей не свыше 343° К. Малая объемная масса при сравнительно высоких прочностных показателях и низкий коэффициент теплопроводности делают этот материал высококачественным утеплителем в слоистых ограждающих конструкциях Б сочетании с алюминием, асбестоцементом и стеклопластиком. Плиты выпускаются по беспрессовой технологии непрерывным или периодическими методами. Технологический процесс состоит из предварительного вспенивания исходного поли-стирольного гранулятора, вылеживания (созревания) предвспенен-ных гранул, формования блоков пенопласта и резки блоков на плиты заданных размеров. [c.306]

    Пенобетон представляет собой пористый материал, приготовленный из цементного теста, канифольного мыла и столярного клея. Изготавливают его в виде блоков длиной 10, шириной 0,5, толщиной от 0,08 до 0,20 м. (Объемный вес 350—400 кг1м , коэффициент теплопроводности 0,12—0,14 ккал м-ч-град). Пенобетон имеет достаточную механическую прочность, морозоустойчив, хо” рошо обрабатывается, огнестоек, не гниет, не поражается грызунами. Используется как строительный и теплоизоляционный материал. [c.366]

    Органосиликатный материал ВН-30 (строительный) используется в строительной технике в качестве защитного отделочного материала. Покрытия из ВН-30 обладают тенло- и вибростойкостью, электроизоляционными свойствами, низкой теплопроводностью, гидрофобностью, тропико- и грибостойкостью, а также стойкостью к действию влаги и агрессивных сред. Например, покрытие выдерживает 3500 испытаний (соответствует 12 годам работы в атмосферных условиях) при действии УФ-облучения, увлажнения и отрицательных температур [23, 37]. [c.164]

    Пенобетон как изоляционный материал обладает высокой прочностью, не подвержен поражению грибками и грызунами. Производство пенобетона может быть организовано непосредственно на строительной площадке. Недостаток пенобетона — его малая морозоустойчивость. Объемный вес пенобетона 350—400 кг/ж коэффициент теплопроводности 0,10—0,12 ккал1м час° С. [c.48]

    Пенобетон — пористый материал, приготовленный из цементного раствора с канифольным мылом и столярным клеем. Делают его в виде блоков длиной 1 м, шириной 0,5 м, толщиной 0,15, 0,20, 0,25 м. Объемный вес 350—400 кг м , коэффициент теплопроводности 0,12—0,14 ккал1м час°С. Пенобетон имеет достаточную механическую прочность, морозоустойчив, хорошо обрабатывается, огнестоек, не гниет, не поражается грызунами. Используется как строительный и изоляционный материал. [c.251]

    Я, (йНбх) (где Я — коэффициент теплопроводности материала), поскольку для динамической изоляции = —Я (Шйх), где Й — коэффициент динамической теплопроводности, Вт/(м-К). Опытами подтверждено, что О меньше К в полтора-два раза. Таким образом, применение динамической изоляции теоретически позволяет существенно снизить теплопритоки, а следовательно, и необходимую холодильную мощность установки. В помещении может быть достигнута высокая относительная влажность, что уменьшает усушку продуктов неравномерность температур по объему должна быть малой. Так как применено воздушное охлаждение, то расход металла на охлаждающие приборы будет значительно меньше, чем для батарейного охлаждения. Благоприятной окажется работа теплоизоляционного материала, поскольку он непрерывно будет подсушиваться потоком, осушенного воздуха. Недостатком системы являются более сложные строительные конструкции ограждений. [c.158]

    После Великой Октябрьской социалистической революции получило развитие производство древесно-волокнистых плит для строительных целей. Их готовят из древесины хвойных и лиственных деревьев, из отходов деревообрабатывающих, древесномассных и целлюлозных заводов, из камыша, соломы, стеблей кукурузы и любого растительного материала, который может быть превращен в волокнистую массу. Эту массу размалывают на дисковых и других мельницах, сортируют и формуют на специальных машинах типа столовых и цилиндровых. После сушки теми или иными способами получают твердые, полутвердые или пористые плиты. Как строительный материал эти плиты (особенно пористые) весьма ценны, так как обладают высокими теплоизоляционными и звукопоглощающими свойствами. Теплопроводность пористых плит в 2,5—3 раза меньше, чем у дерева, в 10—15 раз меньше, чем у кирпича, и в 20 раз меньше, чем у бетона. [c.65]

    Так как материалы все время находятся в атмосфере влажного воздуха, то гигроскопичные материалы всегда оказываются влажными, т. е. содержат влагу в количестве, определяемом величиной равновесной влажности (воздушно-сухой материал). По этой причине при.выполнении расчетов нельзя пользоваться данными для коэффициентов теплопроводности материалов в сухом состоянии, так как материалы всегда содержат некоторое количество влаги, что иногда сущ,ественно увеличивает коэффициёнт теплопроводности. Так, коэффициент теплопроводности сухих торфоплит 0,04—0,045 ккал/ м Ч-град), а в расчетах приходится брать его значение при соответствуюш ей равновесной влажности увеличенным до 0,06—0,07 ккал/(м -ч -град), поскольку уменьшить содержание влаги ниже равновесной влажности в материалах, находящихся в строительных конструкциях, невозможно. [c.91]

    В строительной технике полистирол в основном применяют для производства пенополистирола методом поризации полистирола, в результате чего он получает пористое строение и, следовательно, малую теплопроводность. Пенополистиролы различных марок (ПС-1, ПС-4, ПС-Б и др.) достаточно широко применяют как теплоизоляционный материал, главным образом, в панельном производстве. Это один нз самых легких и малотеплопроводных изоляционных строительных материалов. Применяют его в виде плиток различной толщины и в виде скорлуп для изоляции трубопроводов. [c.112]

    Когда пластические лхассы попользуются в строительном деле или в качестве материала для изготовления одежды, обуви, обивочных и декоративных тканей и т. д., возникает необходимость оценки их и с точки зрения действующих для этих назначений гигиенических нормативов. В этих случаях необходимо осуществить определение некоторых, имеющих гигиеническое значение физических свойств пластических масс (воздухо- и наронроницаемость, теплопроводность, электропроводность и др.), а также соответствующие физиологические исследования на людях, например влияния одежды из синтетических смол и пластмасс на терморегуляцию организма. [c.16]

    Модель поперечного (или продольного) сечения нижнего строения печи (существующей или проектируемой) выполняют в любом удобном масштабе из плексигласа. Для каждого материала (шамотный кирпич, бетон, набойка), входящего в конструкцию, делают отдельный отсек соответствующей формы. Модель заполняют электролитом так, чтобы электропроводность его в отсеках была пропорциональна теплопроводности каждого строительного материала. При пропускании электрического тока через такую модель можно снять эквипотенциали (изотермы) для плоского или осесимметричного сечения, характерные для стационарного теплового состояния, ио возможно также и объемное моделирование, что в ряде случаев также необходимо и целесообразно. [c.100]


Теплопроводные материалы в электронных модулях – Компоненты и технологии

Решение проблемы теплоотвода — сложная инженерная задача. Следует понимать, что в любой электронной системе есть «горячие точки», которые при неумелом проектировании теплоотводов способны дать сбои. И как показывает практика, они-то и возникают в самые ответственные моменты работы электронных систем, когда нагрузка на элементы максимально высока.

Даже если проектированием системы занимается профессионал, учесть все нюансы удается не всегда. И некогда оптимальная система с ростом мощности может оказаться неспособной выполнять свои функции. С другой стороны, установка дополнительных систем охлаждения вряд ли будет экономически и технологически оправданной, поскольку приведет к усложнению и возрастанию веса конструкции.

Новое решение старой проблемы предлагает немецкая компания MSC-Polymer, которая поставляет на российский рынок материалы — высококачественные и класса Hi-End. Для решения проблемы теплоотвода MSCPolymer предлагает композиционный материал COBRITHERM (рис. 1).

Материал COBRITHERM наиболее актуален для производства осветительных приборов: световых табло, солнечных батарей, конвертеров постоянного и переменного тока, источников питания и другой электронной техники. Он позволяет отводить тепло по всей площади печатной платы без установки дополнительных систем охлаждения, поскольку сам является радиатором и рассеивателем тепла.

В Испании было построено высотное здание (рис. 2) с подсветкой из множества мощных светодиодов, установленных на групповой подложке (ГП) из материала COBRITHERM, — в качестве демонстрации его возможностей.

COBRITHERM обрабатывается подобно фольгированным стеклотекстолитам типа FR-4 и подходит для бессвинцовой технологии пайки. Материал отличается высокой надежностью благодаря использованию керамики, тепловыми и диэлектрическими характеристиками, пониженным нагревом компонентов, что приводит к увеличению срока их службы.

COBRITHERM представляет собой слоистый материал: алюминиевая подложка, покрытая электролитической медью, между которыми находится керамическая прослойка. Производство такого соединения выполняется по специальной технологии горячего прессования.

Конструкция COBRITHERM

На рис. 3 представлена эволюция конструкции материала COBRITHERM.

Усовершенствованная конструкция COBRITHERM имеет улучшенные характеристики по теплопроводности, термостойкости, пробивному напряжению и прочности на отрыв.

Медь

Первый слой — это электролитически осажденная медь (HTE) толщиной 18–210 мкм. Такой тип фольги, как известно, предпочтительнее, так как имеет видоизмененную структуру меди, более приспособленную к отслаиванию от диэлектрика. Рисунок печатной платы на медном слое формируется традиционно — методом фотолитографии (негативная технология).

Полимер-керамика

Второй слой обладает высокой теплопроводностью и представляет собой особый диэлектрик — смесь полимера и керамики толщиной 50–150 мкм. Полимер является электроизолирующим элементом между проводящим рисунком и теплоотводом, керамика, в свою очередь, обладает отличной теплопроводностью. Вместе эти две составляющие дают низкое тепловое сопротивление и отличные диэлектрические свойства (таблица 1).

Таблица 1. Сравнительные характеристики материала COBRITHERM с прослойкой из диэлектрика (AlCu) и полимер/керамики (AlCuP)

Алюминий

Алюминиевая подложка в первую очередь несет на себе функцию механической опоры платы. А также благодаря своим температурным характеристикам является отличным теплоотводом. Идеальное соединение источника тепловыделения с токопроводящим рисунком платы и адгезивным подслоем (керамика) способствует более полной теплопередаче и рассеиванию тепла на металлическом основании. В COBRITHERM используется алюминий марки 5052 h44, который обладает оптимальной теплопроводностью, прочностью, что позволяет обрабатывать его на станках с ЧПУ (традиционным способом) для получения сложного фасонного контура ПП. В продаже есть COBRITHERM на основе сплава алюминия 6082 T6. Сравнительные характеристики сплавов представлены в таблице 2.

Таблица 2. Сравнительные характеристики сплавов алюминия 6082 T6 и 5052 h44

Стандартная толщина алюминиевой подложки: 1; 1,5; 2; 3 мм.

COBRITHERM поставляется также в виде двустороннего ламината. Такая конструкция позволяет монтировать элементы сразу с двух сторон и не требует наличия какой-либо дополнительной изоляции, поскольку подслой из полимер-керамики выполняет эту функцию. Это способствует увеличению плотности монтажа и снижению стоимости изделия. Материал COBRITHERM достаточно жесткий и прочный, так что печатные платы на его основе могут являться элементами конструкции электронных устройств и напрямую крепиться к кожуху бортовой техники для кондуктивного теплоотвода.

Для того чтобы алюминий не влиял на состав ванн химической обработки, обратная сторона материала защищена полиэстеровой пленкой толщиной 30 мкм, которая блокирует доступ электролитов к алюминиевой подложке на всем цикле производства, включая горячее лужение.

Рекомендации по конструкции

Ввиду того, что медь и алюминий имеют разные коэффициенты термического расширения, производитель разделяет их слоем из полимер-керамики, для того чтобы минимизировать возникновение короблений печатной платы. Тем не менее, при выборе конструкции печатной платы следует соблюдать соотношение толщины алюминия к меди, оно должно быть не более 1/10.

Большие медные контактные площадки способствуют более эффективному отводу тепла от кристалла, в отличие от проводящих клеев.

Необходимо помнить, что с уменьшением толщины алюминия возникает импеданс между высоко нагруженными элементами. По этой причине мы рекомендуем использовать более толстый слой алюминия для высоконагруженных элементов.

Необходимо наносить паяльную маску на печатную плату из COBRITHERM, максимально маскируя диэлектрик и топологию токопроводящего рисунка. Это снижает риск статического и электрического пробоя между радиоэлементами и максимально защитит плату от воздействия внешних факторов.

Для предотвращения риска электрического разряда между торцом металлической платы и трассой, следует формировать топологию проводящего рисунка вдали от края печатной платы.

COBRITHERM совместим со стандартными финишными покрытиями, такими как иммерсионное олово, золото, HASL, OSP, а также с технологией бессвинцовой пайки (пиковая температура — 300 °С).

При работе с покрытием Ni-Au нужно внимательно следить за загрязнением химических растворов алюминием, но производитель принимает все меры по защите торцов и обратной стороны материала COBRITHERM. Для этих целей рекомендуется проконсультироваться с вашим поставщиком химических составов.

При изготовлении печатных плат на основе алюминия используются традиционные технологии обработки, материал раскраивается вырубкой, фрезерованием, пилением. Для получения сквозных отверстий на станках с ЧПУ, во избежание поломок инструмента, необходимо учесть жесткость обрабатываемого материала.

Теплопроводящий материал Thermal Interface Material для нового семейства модулей XM3 Wolfspeed

Постоянно разрабатывая новые стандарты оптимизированных конструктивов SiC компонентов, Wolfspeed предлагает новую модульную платформу XM3 для приложений мощностью 100–300 кВт, обеспечивающую лучшую в своем классе плотность мощности.

Введение

Одним из наиболее важных требований для реализации мощностного потенциала силового модуля является способность отводить тепло, генерируемое чипами транзисторов и/или диодов, в охлаждающую среду. Независимо от того, используется охлаждающая пластина или теплоотвод, контакт «металл-металл» обеспечивает самое низкое тепловое сопротивление. Однако поверхности металлов имеют микроскопические пустоты и неровности, которые препятствуют идеальному соприкосновению двух поверхностей. Дефекты поверхностей образуют небольшие воздушные карманы на границе теплового раздела. Воздух, остающийся в данных полостях, проводит тепло гораздо хуже, чем металл. Цель использования термоинтерфейсного материала (TIM) — заполнить микроскопические воздушные зазоры между базовой платой модуля и теплообменником, как показано на рис. 1.

Выбор материала TIM

Существует много различных вариантов TIM-материалов. Некоторые из них представляют собой лист алюминия, покрытый термопастой с обеих сторон. Другие изготовляются либо из металлических сплавов, либо из графита. Применение таких типов TIM упрощает сборку и дает меньше загрязнения, но они добавляют один или несколько слоев теплового сопротивления к тепловому интерфейсу. В общем случае эти материалы являются не текучими, поэтому не могут полностью заполнить пустоты в металлических поверхностях. Чтобы увеличить площадь контакта базовой платы и радиатора рекомендуется использовать текучие материалы, такие как теплопроводящая паста или смазка. В настоящее время на рынке имеется много видов TIM. В частности, доступны термоклеи, но их применение не рекомендуются, поскольку это значительно усложняет возможную замену компонента.

В большинстве случаев предлагается использовать материал с изменяемым фазовым состоянием. Этот вариант TIM представляет собой твердую субстанцию при комнатной температуре, он разжижается только при определенном нагреве. Иногда он содержит дополнительные наполнители, способствующие заполнению больших пустот. Поскольку данный материал остается твердым до тех пор, пока температура не повысится, иногда требуется выдержать некоторое время для нагрева, после чего повторно затянуть все болты, соединяющие модуль с радиатором.

В качестве альтернативы модули с нанесенной термопастой могут быть установлены и закреплены на теплостоке, после чего их помещают в печь или термокамеру до тех пор, пока не будет достигнута температура разжижения (в диапазоне +45…+70 °C). Затем, спустя некоторое время сборку можно вынуть из печи и после остывания повторно затянуть крепежные болты. Этот метод упрощает процесс монтажа сложных сборок. Кроме того, использование шайб Bellville или пружинных шайб способствует поддержанию хорошего контакта модуля с радиатором при воздействии тепловых циклов. Пружинные шайбы рекомендуются применять при установке силовых модулей независимо от типа TIM.

Пасты с изменяемым фазовым состоянием обеспечивают близкую или лучшую эффективность, чем обычные термопасты, однако они требуют и больше затрат на материалы и оснастку. К сожалению, из-за большей начальной толщины слоя величина зазора может оказаться больше, чем при использовании обычных паст. Также следует отметить, что поскольку материалы с изменяемым фазовым состоянием являются твердыми или клейкими при комнатной температуре, это может затруднить демонтаж сборки.

TIM: выбор и применение

При выборе TIM следует позаботиться о том, чтобы материал был невосприимчив к эффекту «откачки», наблюдаемому при воздействии теплового цикла на две сопрягаемые поверхности. По мере того как металлы расширяются и сжимаются, они могут выдавливать пасту из зазора между базовой платой модуля и радиатором, оставляя воздушные карманы с низкой теплопроводностью. Материал TIM также должен быть устойчивым к высыханию или запеканию, что может быть следствием воздействия термоциклов, влажности или экстремальных температур.

Следует выбирать TIM с высокой теплопроводностью и низким тепловым сопротивлением, единицы измерения этих показателей — Вт/м·K и °C·см2/Вт соответственно. В большинстве случаев в качестве наполнителя используются частицы оксида бериллия, оксида алюминия, оксида цинка, нитрида алюминия, нитрида бора, диоксида кремния, графита, меди, серебра, алмаза или их сочетания. Частицы наполнителя проводят тепло через пустоты, в то время как сама паста действует как суспензия. Физический размер частиц влияет на общую толщину зазора. Если они слишком большие, это может помешать необходимому контакту металла с металлом. Рекомендуемый размер частиц — менее 1мкм, при этом не только происходит заполнение небольших пустот, но и требуется меньший объем плохо проводящей тепло суспензии.

При выборе типа TIM важен и температурный диапазон и вязкость. Максимально допустимая температура определяется составом суспензионных масел или силиконов. Органические масла и консистентные пасты часто не выдерживают воздействия высоких температур в зазоре. В таких случаях в качестве альтернативы следует выбирать TIM на силиконовой основе. Из-за большой площади зазора не рекомендуется использовать материал с высокой вязкостью. Паста с низкой вязкостью гораздо легче сжимается и распространяется в зазоре. Для исследования этого эффекта термопаста была нанесена на базовую плату модуля XM3 с помощью рекомендованного трафарета (рис. 5), после чего модуль закреплялся на толстом листе акрила для анализа результирующей структуры TIM.

На рис. 2 показана разница в распределении TIM с высокой и низкой вязкостью

Большинство материалов TIM считается тиксотропными, то есть требуют некоторого времени нахождения в сжатом состоянии, прежде чем весь воздух выйдет наружу и установится окончательная толщина зазора. Кроме того, определенные виды термопаст должны подвергаться воздействию повышенных температур и термоциклов до достижения оптимальной теплопроводности. В ряде случаев получение максимальной производительности занимает до 200 ч.

Некоторые производители TIM рекомендуют предварительно смачивать контактные поверхности. Смысл этого состоит в помещении небольшого количества пасты на базовую плату и теплосток. Рукой в перчатке или с помощью безворсовой ткани состав наносят на поверхность под разными углами. Далее обе поверхности очищаются, после чего формируется необходимая толщина слоя TIM и производится сборка. Цель предварительного смачивания состоит в принудительном введении частиц термопасты в пустоты на металлических поверхностях. При сравнении различных типов TIM имейте в виду, что после вдавливания частиц в пустоты их почти невозможно удалить оттуда, независимо от метода очистки. Это может исказить результаты любых последующих тепловых тестов.

Допустимо нанесение термопасты резиновым или полиуретановым валиком, при этом толщина слоя по всей поверхности должна проверяться с помощью так называемого измерителя влажных пленок гребенчатого типа (рис. 3). Рекомендуемая толщина составляет 60 мкм. Для обеспечения равномерности слоя и повторяемости процесса рекомендуется использовать шаблоны или трафаретную печать. В то время как трафаретная печать обеспечивает равномерную толщину TIM, применение шаблона дает лучший контроль переменных объемов, когда конечная толщина слоя изменяется для компенсации неровности поверхностей. При оптимальном слое TIM весь воздух между базовой платой и радиатором вытесняется и обеспечивается контакт металла с металлом двух поверхностей. Еще одним преимуществом трафаретной печати является простота очистки. Шаблоны иногда имеют небольшие области, откуда паста не может быть полностью удалена, что препятствует дальнейшему использованию.

Трафаретный рисунок

Формирование трафаретного рисунка начинается с выбора узора, это могут быть квадраты, круги, шестиугольники или их комбинации. Сочетание толщины трафарета, расстояния между апертурами и их размера определяет объем TIM, наносимый на базовую плату модуля. Если отверстия слишком малы, это затруднит прохождение термопасты. Практика показывает, что окончательный слой должен располагаться на некотором расстоянии от крепежных отверстий. Наличие частиц наполнителя внутри TIM могут препятствовать желаемому контакту металла с металлом в местах крепления модуля. Эти частицы также могут помешать модулю полностью примкнуть к радиатору. Кроме того, если термопаста попадает в резьбовое отверстие, это может повлиять на крепежный момент.
В трафарете Cree для силового модуля XM3 использованы шестиугольные отверстия, их апертуры выбирают таким образом, чтобы обеспечить переменный объем окончательного слоя (рис. 4). Файл dxf данного трафарета может быть предоставлен по запросу.

Процесс нанесения TIM

Для правильного позиционирования трафарета и силового модуля следует использовать специальное приспособление (рис. 5 и 9). Должна быть обеспечена возможность снятия трафарета с модуля без искажения печатного рисунка. Материал TIM с более высокой вязкостью удаляется хуже, поэтому рекомендуется закреплять модуль в приспособлении таким образом, чтобы он оставался неподвижным при подъеме трафарета.

При применении TIM следует соблюдать меры предосторожности и рекомендации производителя, включая советы по средствам индивидуальной защиты. Чтобы предотвратить попадание пыли или грязи в зазор, термопаста должна наноситься в условиях чистого и ESD защищенного рабочего места. Необходимо убедиться в том, что трафарет и крепеж не содержат остатков ранее нанесенной пасты или грязи. Все операции с силовым модулем должны выполняться с соблюдением правил защиты от ESD, включая использование проводящего коврика или стола с высокоимпедансным заземлением и ESD-браслета
(рис. 6).

1. Убедитесь в том, что на силовом модуле имеется перемычка, соединяющая сигнальные выводы «затвор-исток». Тщательно обработайте поверхности силового модуля и теплообменника, очистив их изопропиловым спиртом и безворсовой салфеткой (рис. 7).


2. Поместите модуль в приспособление (рис. 8, 9) и опустите трафарет. Трафарет должен полностью соприкасаться с базовой платой. Если между этими двумя поверхностями имеются какие-либо зазоры, следует нанести избыточное количество TIM. Чтобы обеспечить нанесение необходимого количества термопасты, ракель или шпатель должны использоваться таким образом, чтобы паста оставалась заподлицо с поверхностью трафарета.
Если апертура трафарета слишком велика или твердость ракеля слишком мала, может произойти купирование, показанное на рис. 10, в результате чего конечная толщина слоя окажется меньше необходимой. Твердость ракеля должна быть примерно 80 по шкале Шора. Если используется металлический шпатель, он должен полностью соприкасаться с поверхностью шаблона.


3. Расположите некоторое количество TIM на трафарете по краю рисунка (рис. 11). Его следует выбирать таким образом, чтобы отходы пасты были минимальными. Ракель следует держать под углом 45° (рис. 12).


4. Проведите ракель по шаблону с приложением достаточного усилия, чтобы поверхность трафарета была свободна от пасты после прохождения ракеля. Убедитесь в том, что все отверстия заполнены и нет купирования (рис. 13). После этого удалите модуль из крепления и проконтролируйте получившийся рисунок. Между апертурами не должно быть перемычек термопасты (рис. 14).

 

  

 

Сборка

Тщательно позиционируйте монтажные отверстия и установите модуль на радиатор, стараясь избежать его сдвига. Смещение модуля исказит рисунок, и результирующая толщина слоя TIM будет неизвестна. Если это произошло, удалите модуль, очистите все поверхности и повторите процесс. (Совет: удалять пасту ракелем надо быстро, на поверхности не должно быть царапин.) Установите крепежные болты М5 с шайбами. Следуя рис. 15, затяните болты с помощью динамометрического ключа в описанной ниже последовательности до достижения желаемого момента. Рекомендуемая величина момента: 3 Н·м.

 

  1. Последовательность  затяжки  болтов: 

1–2–3–4 до 1/3 окончательного момента.

  1. Последовательность  затяжки  болтов: 

3–4–2–1 до 2/3 окончательного момента.

  1. Последовательность  затяжки  болтов: 

2–1–3–4 до окончательного момента.
После термоциклирования модуля рекомендуется проверить момент затяжки всех крепежных болтов.

Проверка

Для того чтобы убедиться в правильности соблюдения технологии, нужно демонтировать модуль с радиатора и проконтролировать слой TIM. Если модуль снимается сразу после сборки, то термопаста может не успеть распространиться по поверхности и вытеснить воздух, поэтому рекомендуется выдержать его после установки не менее 2 ч. При использовании высоковязких материалов уточните у производителя TIM рекомендуемое время релаксации.

При демонтаже модуля необходимо соблюдать осторожность, чтобы не исказить рисунок слоя и не поцарапать поверхность. Для этого следует использовать не повреждающий инструмент, такой как пластиковая стамеска. Два болта можно ослабить и оставить в монтажных отверстиях, чтобы предотвратить проскальзывание модуля и деформацию слоя TIM. Затем модуль нужно приподнять с угла, прилегающего к удерживающему его болту. После отделения базовой платы от поверхности болты можно удалить и затем осторожно снять модуль для осмотра.

Как показано на рис. 16, только небольшое количество пасты выдавилось по краям, то есть ее количество было выбрано правильно. Следует внимательно осмотреть обе поверхности и убедиться в том, что на них нет незаполненных зон. При выборе оптимальной толщины слоя обе поверхности будут покрыты пастой, при этом сохранится контакт металла с металлом. После контроля качества интерфейсного слоя, поверхности могут быть очищены. Затем производится повторное нанесение термопасты и окончательная сборка изделия. При изменении типа радиатора описанную выше проверку следует повторить.

 

Журнал Силовая электроника № 2, 2020 год.

Руководство по выбору термопасты | Nordson EFD

Предназначенный для теплопередачи материал — это любой материал, используемый для улучшения тепловой связи между двумя деталями. Предназначенный для теплопередачи материал может иметь различные названия, такие как термопаста, высокотемпературная смазка, термогель, теплоотводящая паста, смазка ЦП, средство заполнения зазоров или теплопроводная паста. Каждый состав обеспечивает преимущество в конкретных условиях использования.

 

Механика теплопередачи

Выбор наиболее подходящей термопасты требует некоторого понимания механики теплопередачи и того, как толщина слоя термопасты или толщина линии склейки влияет на выбор продукта.

Линия склейки может быть разделена на три категории:

  • низкая, менее 75 μм;
  • средняя, от 75 до 250 μм;
  • высокая, более 250 μм.

 

Существуют две важные характеристики тепловой продуктивности: теплопроводность и тепловое сопротивление. В случаях применения с низкой линией склейки тепловое сопротивление доминирует с точки зрения продуктивности. В случаях применения с высокой линией склейки теплопроводность доминирует с точки зрения продуктивности. При средней линии склейки обе характеристики оказывают смешанное влияние.

Теплопроводность

Теплопроводность — это измерение теплопередачи между материалом 1 и материалом 2, выраженное в единицах Вт/мК (см. рисунок 1). Чем толще слой термопасты, тем больше влияние теплопроводности. Примеры. Медь 385, сталь 50,4, стекло 0,80, предназначенный для теплопередачи материал 0,6–8,0 и дерево <0,12.


Рисунок 1. Теплопроводность. Как термопаста (интерфейсный материал) создает
непрерывный, теплопроводящий путь между двумя материалами.

Тепловое сопротивление

Тепловое сопротивление — это измерение перепада температур в пределах интерфейса материалов, выраженное как °C/Вт. Термопасты, которые обеспечивают лучшее смачивание и структуру наполнителя, могут иметь исключительно низкое тепловое сопротивление при умеренной теплопроводности. В случаях применения с низкой и средней толщиной это более низкое тепловое сопротивление может значительно улучшить теплопередачу, поскольку тепловая связь будет более эффективна.

  Технические характеристики
Состав 52022 52050 52054 52055 52060 52160 52070 53053 52034 52130
Удельный вес при 25 °C 2.7 2.6 3.0 2.8 2.8 2.6 3.0 2.8 2.8 3.7
Выпуск воздуха: 24 часа, вес % 0.1 0.01 0.0 0.0 0.3 0.3 0.3 <0.1 0.2 0.2
Испарение: 150 °C, 24 часа, вес % 0.15 0.6 <2.0 1.0 0.5 0.5 0.2 0.4 0.2 0.3
Теплопроводность: Вт/м К 0.92 3.8 1.3 1.3 6 2 8.2 3.5 5 1.5
Диэлектрическая прочность: В/мил 305 351 265 265 н/д н/д н/д 318 н/д 353
Диэлектрическая постоянная: 25 °С, 1000 Гц 4.13
Рабочая температура: °C От –40 до 200 От –40 до 200 От –40 до 180 От 0 до 180 От –40 до 200 От –40 до 200 От –40 до 200 От –40 до 200 От –40 до 260 От –40 до 275
Расход потока: г/мин От 4 до 7 От 1 до 3 От 8 до 9 От 2 до 7 От 1 до 2 От 3 до 6 От 0,4 до 1,5 От 7 до 9 От 1 до 2 От 2 до 5
Минимальная линия склейки: мм 0.0381 0.0508 0.0127 0.0127 0.0508 0.0254 0.1270 0.1270 0.0508 0.0127
Вязкость: 25 °C, ксПз 460 350 470 620 400 230 1400 1000 1000 460
Вязкость: 50 °C, ксПз 400 60 410 550 270 170 420 400 600 250
Внешний вид Однородная паста белого с оттенком цвета Паста темно-серого цвета Однородная паста белого цвета Однородная паста белого цвета Замазка темно-серого цвета Однородная паста серого цвета Паста серого цвета Паста белого с оттенком цвета Паста белого цвета Паста белого с оттенком цвета
Срок годности 5 лет 5 лет 2 года 2 года 5 лет 5 лет 5 лет 5 лет 5 лет 5 лет

10 лучших теплопроводных материалов

Теплопроводность – это мера способности материала пропускать через него тепло. Материалы с высокой теплопроводностью могут эффективно передавать тепло и легко забирать тепло из окружающей среды. Плохие теплопроводники сопротивляются тепловому потоку и медленно извлекают тепло из окружающей среды. Теплопроводность материала измеряется в ваттах на метр на градус Кельвина (Вт / м • К) в соответствии с рекомендациями S.I (Международная система).

10 лучших измеряемых теплопроводных материалов и их значения приведены ниже.Эти значения проводимости являются средними из-за разницы в теплопроводности в зависимости от используемого оборудования и среды, в которой были получены измерения.

Материалы теплопроводящие

  1. Diamond – 2000 – 2200 Вт / м • K

    Алмаз является ведущим теплопроводным материалом, и его значения проводимости, измеренные в 5 раз, выше, чем у меди, наиболее производимого металла в Соединенных Штатах. Атомы алмаза состоят из простой углеродной основы, которая представляет собой идеальную молекулярную структуру для эффективной передачи тепла.Часто материалы с простейшим химическим составом и молекулярной структурой имеют самые высокие значения теплопроводности.

    Diamond – важный компонент многих современных портативных электронных устройств. Их роль в электронике – способствовать рассеиванию тепла и защищать чувствительные части компьютера. Высокая теплопроводность алмазов также оказывается полезной при определении подлинности камней в ювелирных изделиях. Добавление небольшого количества алмаза в инструменты и технологии может сильно повлиять на свойства теплопроводности.

  2. Серебро – 429 Вт / м • K

    Серебро – относительно недорогой и распространенный теплопроводник. Серебро входит в состав многих бытовых приборов и является одним из самых универсальных металлов из-за его ковкости. 35% серебра, производимого в США, используется для производства электрических инструментов и электроники (US Geological Survey Mineral Community 2013). Вспомогательный продукт серебра, серебряная паста, пользуется все большим спросом из-за его использования в экологически чистых источниках энергии. Серебряная паста используется в производстве фотоэлементов, которые являются основным компонентом солнечных батарей.

  3. Медь – 398 Вт / м • K

    Медь – наиболее часто используемый металл для производства токопроводящих приборов в США. Медь имеет высокую температуру плавления и умеренную скорость коррозии. Это также очень эффективный металл для минимизации потерь энергии при передаче тепла. Металлические кастрюли, трубы для горячей воды и автомобильные радиаторы – все это приборы, в которых используются проводящие свойства меди.

  4. Золото – 315 Вт / м • K

    Золото – редкий и дорогой металл, который используется в особых проводящих целях.В отличие от серебра и меди, золото редко тускнеет и может выдерживать большие количества коррозии.

  5. Нитрид алюминия – 310 Вт / м • K

    Нитрид алюминия часто используется в качестве замены оксида бериллия. В отличие от оксида бериллия, нитрид алюминия не представляет опасности для здоровья при производстве, но по-прежнему демонстрирует химические и физические свойства, аналогичные оксиду бериллия. Нитрид алюминия – один из немногих известных материалов, предлагающих электрическую изоляцию наряду с высокой теплопроводностью.Он обладает исключительной стойкостью к тепловому удару и действует как электрический изолятор в механической стружке.

  6. Карбид кремния – 270 Вт / м • K

    Карбид кремния – это полупроводник, состоящий из сбалансированной смеси атомов кремния и углерода. При изготовлении и сплаве кремний и углерод соединяются, образуя чрезвычайно твердый и прочный материал. Эта смесь часто используется в качестве компонента автомобильных тормозов, турбинных машин и стальных смесей.

  7. Алюминий – 247 Вт / м • K

    Алюминий обычно используется в качестве экономичной замены меди.Хотя алюминий не такой проводящий, как медь, его много, и с ним легко работать из-за его низкой температуры плавления. Алюминий является важным компонентом светильников L.E.D (светоизлучающих диодов). Медно-алюминиевые смеси набирают популярность, поскольку они могут использовать свойства как меди, так и алюминия и могут производиться с меньшими затратами.

  8. Вольфрам – 173 Вт / м • K

    Вольфрам имеет высокую температуру плавления и низкое давление пара, что делает его идеальным материалом для приборов, которые подвергаются воздействию высоких уровней электричества.Химическая инертность вольфрама позволяет использовать его в электродах, являющихся частью электронных микроскопов, без изменения электрических токов. Он также часто используется в лампах и как компонент электронно-лучевых трубок.

  9. Графит 168 Вт / м • K

    Графит – это распространенная, недорогая и легкая альтернатива другим углеродным аллотропам. Его часто используют в качестве добавки к смесям полимеров для улучшения их теплопроводных свойств. Батареи – знакомый пример устройства, использующего высокую теплопроводность графита.

  10. Цинк 116 Вт / м • K

    Цинк – один из немногих металлов, которые можно легко комбинировать с другими металлами для создания металлических сплавов (смеси двух или более металлов). 20% цинковых приборов в США состоят из цинковых сплавов. При цинковании используется 40% производимого чистого цинка. Цинкование – это процесс нанесения цинкового покрытия на сталь или железо, которое предназначено для защиты металла от атмосферных воздействий и ржавчины.

Список литературы

Мохена, Т.К., Мочане, М. Дж., Сефади, Дж. С., Мотлунг, С. В., и Андала, Д. М. (2018). Теплопроводность полимерных композитов на основе графита. Влияние теплопроводности на энергетические технологии. doi: 10,5772 / intechopen.75676
Нитрид алюминия. (нет данных). Получено с https://precision-ceramics.com/materials/aluminium-nitride/

.

База данных материалов Thermtest. https://thermtest.com/materials-database

Автор: Каллиста Уилсон, младший технический писатель Thermtest

Теплопроводящие материалы и общие приложения

1.0 Что такое теплопроводность

Теплопроводность материала или элемента является определяющим свойством, которое помогает в разработке эффективных технологий нагрева / охлаждения. Значение теплопроводности может быть определено путем измерения скорости, с которой тепло может проходить через материал.

Это значение выражается в ваттах на метр на градус Кельвина Вт / м • К в соответствии с рекомендациями S.I. (Международная система). Материалы с высокой теплопроводностью могут эффективно передавать тепло, тогда как материалы с более низкой теплопроводностью плохо переносят тепло и медленно забирают тепло из окружающей среды.

1.1 Факторы, влияющие на теплопроводность

Многочисленные химические и физические свойства элемента или материала могут влиять на его теплопроводность. Как правило, материалы с простым химическим составом и молекулярной структурой имеют более высокую теплопроводность. Общей физической характеристикой, которая может влиять на теплопроводность материалов, является пористость. Воздух имеет теплопроводность 0,02 Вт / м • К при комнатной температуре (20-25 ° C). Это значение значительно ниже, чем у большинства твердых веществ.Когда воздух задерживается в порах вещества, он может снизить скорость, с которой тепло может эффективно проходить через него. Размер пор, распределение, форма и связность – все это влияет на пористость материала. Высокая пористость снижает теплопроводность. Другими внешними факторами, которые могут повлиять на теплопроводность, являются влажность и направление теплового потока.

Вода и лед имеют более высокую теплопроводность, чем воздух. Если материал подвергается воздействию окружающей среды с присутствием влаги, он потенциально может абсорбироваться, что приведет к более высокому значению теплопроводности.Молекулярная структура материала также может ограничивать тепловой поток. Дерево – это пример материала, молекулярная структура которого состоит из прямых волокон. Тепло, протекающее через древесину, движется в постоянном направлении по пути, обеспечиваемому волокнами. Если тепло течет по волокнам, сопротивление увеличивается. Это сопротивление может ограничить эффективную теплопередачу и снизить теплопроводность этого материала.

Рисунок 1: Пористость, отображаемая в образце горной породы

2.0 Теплопроводящие материалы и современные приложения

2.1 Бриллианты

В настоящее время алмаз является известным человеку теплопроводным материалом. Теплопроводность алмаза может достигать 2000–2200 Вт / м • К при измерении при комнатной температуре (20–25 ° C). Это значение теплопроводности почти в 5 раз выше, чем у серебра, которое занимает второе место по величине проводимости. Алмаз обычно используется в электронике для рассеивания тепла, чтобы защитить чувствительные устройства от перегрева.Их высокие значения теплопроводности также можно использовать для определения подлинности бриллиантов в ювелирных изделиях.

2.2 Серебро

Серебро имеет второе по величине измеренное значение теплопроводности. Серебро – это распространенный и относительно недорогой металл, который используется в тысячах практических приборов и технологий. 35% серебра, перерабатываемого в Соединенных Штатах, используется в электронике и электротехнике (сводка минеральных сообществ геологической разведки США за 2013 год) .Серебро – относительно ковкий металл, из которого можно легко изменять вязкость и размер частиц. Это свойство серебра способствовало широкому распространению металла. Серебряная паста является примером промышленного продукта из серебра, спрос на который постоянно растет. Серебряная паста часто используется в производстве фотоэлементов, основных компонентов солнечных панелей.

Рисунок 2: Круговая диаграмма, показывающая использование серебра в Соединенных Штатах Америки.

2.3 Медь, золото и алюминий

Медь – это материал с третьим по величине показателем теплопроводности, а также самый популярный металл, используемый для производства проводящих технологий. Медь – чрезвычайно эффективный материал для минимизации потерь энергии при передаче тепла. Медь имеет высокую температуру плавления и низкую скорость коррозии. Кастрюли, трубы для горячей воды и электронные радиаторы являются примерами приборов, в которых используются теплопроводные свойства меди.

Золото имеет такие же проводящие свойства, что и медь, но встречается редко и требует больших затрат.Золото не тускнеет так быстро, как медь и серебро, поэтому его часто используют для изготовления электрических контактов и соединителей из-за его высокой износостойкости.

Алюминий – еще один металл с повышенным значением теплопроводности. Алюминий имеет относительно низкую температуру плавления по сравнению с другими металлами и часто используется в качестве экономичной альтернативы меди. Медно-алюминиевые смеси часто производятся, чтобы использовать химические и физические характеристики обоих металлов и минимизировать производственные затраты.

Рисунок 3: Основа решетки атома меди

2.4 10 лучших теплопроводящих материалов

Материал Теплопроводность Вт / м • К при (20-25 ° C)
Алмаз 2000-2200
Серебро 429
Медь 398
Золото 315
Нитрид алюминия 320
Карбид кремния 270
Алюминий 247
Вольфрам 173
Графит 168
цинк 116

Таблица 1: 10 лучших теплопроводящих материалов и их значения проводимости, измеренные в Вт / м • К при комнатной температуре (20-25 ° C)

3.0 Механика теплопроводности

Теплопроводность является основным компонентом минералов и элементов, который имеет решающее значение для разработки бесчисленных технологий и инструментов. Выбор материала с правильным значением проводимости может повысить эффективность продукта и сэкономить энергию и деньги. Самыми исключительными проводниками тепла являются металлы из-за их внутреннего электронного расположения. Ионы металлов плотно упакованы в решетку (рис. 3). Эти ионы постоянно колеблются, выделяя тепло.

В молекулярную структуру металлов входят также свободные электроны. Эти делокализованные электроны переносят большое количество энергии при движении через решетку. Когда эти электроны сталкиваются с каркасом решетки, они возбуждают ионную структуру, заставляя ее колебаться быстрее. Повышенная вибрация решетки начинает выделять больше тепла. Из-за движения свободных электронов, присутствующих в металле, тепло, генерируемое ионной вибрацией, может более эффективно передаваться через вещество.

3.1 Механика теплопроводности алмазов

В отличие от электронов, переносящих тепло в металлах, в алмазах фотоны переносят энергию и тепло. Научное сообщество предполагает, что поверхность алмаза покрыта тонкой пленкой карбида, которая помогает в спаривании электронов с фотонами. Это взаимодействие в настоящее время исследуется и, по-видимому, является теплоносителем, влияющим на повышенную теплопроводность алмаза. Структура простых углеродных связей в алмазах также влияет на перенос тепла через каждый атом.Как упоминалось выше, материалы с простой молекулярной структурой часто имеют более высокую теплопроводность.

Рисунок 4: Диаграмма Льюиса, показывающая углеродную основу атома алмаза

4.0 Заключение

Согласно первому закону термодинамики, энергия не может быть ни создана, ни разрушена. Энергия (тепло) может только передаваться. Для эффективной передачи тепла требуются эффективные теплопроводники. Материалы с высокой теплопроводностью имеют решающее значение в проектировании и разработке бесчисленного количества электроники и приборов для теплопередачи.Каждый теплопроводник обладает уникальными химическими и физическими свойствами, которые позволяют использовать свойства нагрева с пользой.

Список литературы

Irimia R, Gottschling M (2016) Таксономическая редакция Rochefortia Sw. (Ehretiaceae, Boraginales). Журнал данных о биоразнообразии 4: E7720 . (нет данных). https://doi.org/10.3897/BDJ.4.e7720.

Flickr. 1 https://live.staticflickr.com/8227/8456671200_5c93da3b69_b.jpg

Многочисленные применения серебра.(нет данных). Получено с 2 https://geology.com/articles/uses-of-silver/

Электроника: самые основы. (2015, 21 апреля). Получено с 3 http://stuartparkinson.com/electronics-the-very-basics/

(нет данных). Получено с https://www.cs.mcgill.ca/~rwest/wikispeedia/wpcd/wp/m/Material_properties_of_diamond.htm

.

Свойства и применение меди – электрическая, термическая, коррозионная стойкость, легирование и многое другое. (нет данных). Получено с https: // copperalliance.org.uk/knowledge-base/education/education-resources/copper-properties-applications/

Алмазная структура. (1970, 01 января). Получено с 4 http://sciencesolve.blogspot.com/2015/09/diamond-structure.html

Автор: Каллиста Уилсон, младший технический писатель на Thermtest

Лучшие металлы для отвода тепла

Теплопроводность – это термин, который описывает, насколько быстро материал поглощает тепло из областей с высокой температурой и перемещает его в области с более низкой температурой.Лучшие теплопроводные металлы обладают высокой теплопроводностью и могут использоваться во многих областях, таких как посуда, теплообменники и радиаторы. С другой стороны, металлы с более низкой скоростью теплопередачи также полезны там, где они могут действовать как тепловой экран в приложениях, которые выделяют большое количество тепла, таких как двигатели самолетов.

Ознакомьтесь с нашим ассортиментом металлических изделий на IMS!

Вот рейтинг теплопроводных металлов и металлических сплавов от самого низкого до самого высокого среднего значения теплопроводности в ваттах на метр-К при комнатной температуре:

  1. Нержавеющая сталь (16)
  2. Свинец (35)
  3. Углеродистая сталь (51)
  4. Кованое железо (59)
  5. Утюг (73)
  6. Алюминиевая бронза (76)
  7. Медь латунь (111)
  8. Алюминий (237)
  9. Медь (401)
  10. Серебро (429)

Нержавеющая сталь

Обладая одной из самых низких коэффициентов теплопроводности для металлического сплава, нержавеющей стали требуется гораздо больше времени для отвода тепла от источника, чем, скажем, меди.Это означает, что кастрюля из нержавеющей стали нагревает пищу гораздо дольше, чем кастрюля с медным дном (хотя у нержавеющей стали есть и другие преимущества). В паровых и газовых турбинах на электростанциях используется нержавеющая сталь, помимо других свойств, благодаря ее термостойкости. В архитектуре облицовка из нержавеющей стали может дольше выдерживать высокие температуры, сохраняя здания прохладнее на солнце.

Алюминий

Хотя алюминий имеет немного меньшую теплопроводность, чем медь, он легче по весу, дешевле и с ним проще работать, что делает его лучшим выбором для многих приложений.Например, в микроэлектронике, такой как светодиоды и лазерные диоды, используются крошечные радиаторы с алюминиевыми ребрами, которые выступают в воздух. Тепло, генерируемое электроникой, передается от чипа к алюминию, а затем к воздуху либо пассивно, либо с помощью принудительной конвекции воздушного потока или термоэлектрического охладителя.

Просмотреть доступные металлы

Медь

Медь имеет очень высокую теплопроводность и намного дешевле и доступнее серебра, которое является лучшим металлом для отвода тепла.Медь устойчива к коррозии и биообрастанию, что делает ее хорошим материалом для солнечных водонагревателей, газовых водонагревателей и промышленных теплообменников, холодильников, кондиционеров и тепловых насосов.

Другие факторы, влияющие на теплопроводность

При выборе металлов, наиболее подходящих для теплопроводности, вы должны также принимать во внимание другие факторы, помимо теплопроводности, которые влияют на скорость теплового потока. Например, начальная температура металла может иметь огромное значение для скорости теплопередачи.При комнатной температуре железо имеет теплопроводность 73, но при 1832 ° F его проводимость падает до 35. Другие факторы включают разницу температур в металле, толщину металла и площадь поверхности металла.

Ваш местный поставщик металла, обслуживающий Южную Калифорнию, Аризону и Северную Мексику

Industrial Metal Supply – крупнейший на Юго-Западе поставщик всех видов металлообрабатывающего оборудования и принадлежностей для металлообработки. Запросите предложение или свяжитесь с IMS сегодня.

Данные взяты из Engineering Toolbox.

Маловероятный конкурент алмаза как лучшего проводника тепла

Маловероятный материал, кубический арсенид бора, мог бы обеспечить чрезвычайно высокую теплопроводность – на уровне отраслевого стандарта, установленного для дорогих алмазов, – сообщают исследователи в текущем выпуске журнала Physical Review Letters .

Открытие того, что химическое соединение бора и мышьяка может конкурировать с алмазом, самым известным проводником тепла, удивило команду физиков-теоретиков из Бостонского колледжа и Лаборатории морских исследований.Но новый теоретический подход позволил команде раскрыть секрет потенциально экстраординарной способности арсенида бора проводить тепло.

Меньшие, более быстрые и более мощные микроэлектронные устройства ставят перед собой непростую задачу отвода выделяемого тепла. Хорошие теплопроводники, находящиеся в контакте с такими устройствами, быстро отводят тепло от нежелательных «горячих точек», которые снижают эффективность этих устройств и могут привести к их выходу из строя.

Алмаз – самый ценный из драгоценных камней.Но, помимо блеска и красоты ювелирных изделий, он обладает множеством других замечательных свойств. Наряду со своими углеродными родственниками графитом и графеном, алмаз является лучшим проводником тепла при комнатной температуре, имея теплопроводность более 2000 Вт на метр на Кельвин, что в пять раз выше, чем у лучших металлов, таких как медь. В настоящее время алмаз широко используется для отвода тепла от компьютерных микросхем и других электронных устройств. К сожалению, алмазы редкие и дорогие, а производство высококачественных синтетических алмазов сложно и дорого.Это подтолкнуло к поиску новых материалов со сверхвысокой теплопроводностью, но в последние годы не было достигнуто большого прогресса.

По словам соавтора Дэвида Бройдо, профессора физики в Бостонском колледже, высокая теплопроводность алмаза хорошо известна благодаря легкости составляющих его атомов углерода и жестким химическим связям между ними. С другой стороны, не ожидалось, что арсенид бора будет особенно хорошим проводником тепла, и на самом деле, по оценкам – с использованием обычных критериев оценки – теплопроводность в 10 раз меньше, чем у алмаза.

Команда обнаружила, что расчетная теплопроводность кубического арсенида бора чрезвычайно высока, более 2000 Вт на метр на Кельвин при комнатной температуре и превышает теплопроводность алмаза при более высоких температурах, по словам Бройдо и соавторов Тома Райнеке, старшего научного сотрудника Лаборатория военно-морских исследований и Лукас Линдсей, научный сотрудник NRL, получивший докторскую степень в Британской Колумбии.

Броидо сказал, что команда использовала недавно разработанный теоретический подход для расчета теплопроводности, который они ранее тестировали со многими другими хорошо изученными материалами.Уверенные в своем теоретическом подходе, команда внимательно изучила арсенид бора, теплопроводность которого никогда не измерялась.

В отличие от металлов, в которых электроны переносят тепло, алмаз и арсенид бора являются электрическими изоляторами. Для них тепло переносится колебательными волнами составляющих атомов, и столкновение этих волн друг с другом создает внутреннее сопротивление тепловому потоку. Команда была удивлена, обнаружив необычное взаимодействие определенных колебательных свойств в арсениде бора, которое выходит за рамки рекомендаций, обычно используемых для оценки теплопроводности электрических изоляторов.Оказывается, ожидаемые столкновения между колебательными волнами гораздо менее вероятны в определенном диапазоне частот. Таким образом, на этих частотах в арсениде бора может проводиться большое количество тепла.

«Эта работа дает новое важное понимание физики теплопереноса в материалах и демонстрирует возможности современных вычислительных методов для количественного прогнозирования материалов, теплопроводность которых еще предстоит измерить», – сказал Броидо. «Мы очень рады видеть, можно ли подтвердить наши неожиданные открытия относительно арсенида бора путем измерения.Если это так, это может открыть новые возможности для приложений пассивного охлаждения с использованием арсенида бора и дополнительно продемонстрировать важную роль, которую такая теоретическая работа может сыграть в предоставлении полезного руководства для определения новых материалов с высокой теплопроводностью ».


Нанесение алмазных покрытий при более низких температурах расширяет возможности электронных устройств
Предоставлено Бостонский колледж

Ссылка : Маловероятный конкурент алмаза как лучшего проводника тепла (2013 г., 8 июля) получено 24 октября 2021 г. с https: // физ.org / news / 2013-07-Competitor-diamond-therm-проводник.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Теплопроводность

9013 9013
Материал Теплопроводность
(кал / сек) / (см 2 C / см)
Теплопроводность
(Вт / м · К) *
Алмаз 1000
Серебро 1.01 406,0
Медь 0,99 385,0
Золото 109,0
Алюминий 0,50 205,0
Железо 0,163 79,5
Сталь 50.2
Свинец 0,083 34,7
Ртуть 8,3
Лед 0,005 1,6
Стекло …
1,6
Бетон 0,002 0,8
Вода при 20 ° C 0,0014 0,6
Асбест 0,0004 0.08
Снег (сухой) 0,00026
Стекловолокно 0,00015 0,04
Кирпич изоляционный красный 0,6
Пробковая плита 0,00011 0,04
Войлок 0,0001 0,04
Минеральная вата 0,04
Полистирол (пенополистирол) 0,033
Полиуретан 0,02
Дерево Воздух при 0 ° C 0,000057 0,024
Гелий (20 ° C) 0,138
Водород (20 ° C) 0,172
Азот (20 ° C) 0,0234
Кислород (20 ° C) 0,0238
Аэрогель кремнезема 0,003

* Большая часть от Янга, Хью Д., Университетская физика, 7-е изд. Таблица 15-5. Значения для аэрогеля алмаза и диоксида кремния из Справочника по химии и физике CRC.

Обратите внимание, что 1 (кал / сек) / (см 2 C / см) = 419 Вт / м K. С учетом этого два приведенных выше столбца не всегда совпадают.Все значения взяты из опубликованных таблиц, но не могут считаться достоверными.

Значение 0,02 Вт / мК для полиуретана может быть принято как номинальное значение, которое определяет пенополиуретан как один из лучших изоляторов. NIST опубликовал процедуру численного приближения для расчета теплопроводности полиуретана на http://cryogenics.nist.gov/NewFiles/Polyurethane.html. Их расчет для полиуретана, наполненного фреоном, плотностью 1,99 фунт / фут 3 при 20 ° C дает теплопроводность 0.022 Вт / мК. Расчет для полиуретана с наполнителем CO 2 плотностью 2,00 фунт / фут 3 дает 0,035 Вт / мК.

Индекс

Таблицы

Ссылка
Young
Ch 15.

Материал может заменить многие металлы в качестве легких гибких теплоотводов в автомобилях, холодильниках и электронике – ScienceDaily

изоляция. Подумайте о силиконовых рукавицах для духовки или чашке для кофе из пенополистирола, которые изготовлены из полимерных материалов, которые отлично удерживают тепло.

Теперь инженеры Массачусетского технологического института перевернули картину стандартного полимерного изолятора, изготовив тонкие полимерные пленки, которые проводят тепло – способность, обычно присущую металлам. В ходе экспериментов они обнаружили, что пленки, которые тоньше полиэтиленовой пленки, проводят тепло лучше, чем многие металлы, включая сталь и керамику.

Результаты группы, опубликованные в журнале Nature Communications , могут стимулировать разработку полимерных изоляторов как легких, гибких и устойчивых к коррозии альтернатив традиционным металлическим теплопроводам для различных применений, от теплоотводящих материалов в ноутбуках и мобильных телефонах до охлаждающие элементы в автомобилях и холодильниках.

«Мы думаем, что этот результат – шаг к стимулированию месторождения», – говорит Ганг Чен, профессор энергетики в Массачусетском технологическом институте Карла Ричарда Содерберга и старший соавтор статьи. «Наше более широкое видение состоит в том, что эти свойства полимеров могут создать новые области применения и, возможно, новые отрасли, а также могут заменить металлы в качестве теплообменников».

Соавторами Чена являются ведущий автор Яньфэй Сюй, а также Даниэль Кремер, Бай Сонг, Цзявэй Чжоу, Джеймс Лумис, Цзяньцзян Ван, Мигда Ли, Хади Гасеми, Сяопэн Хуанг и Сяобо Ли из Массачусетского технологического института, а также Чжан Цзян из Аргоннской национальной лаборатории. .

В 2010 году команда сообщила об успехе в производстве тонких волокон из полиэтилена, которые были в 300 раз более теплопроводными, чем обычный полиэтилен, и примерно такими же проводящими, как и большинство металлов. Их результаты, опубликованные в Nature Nanotechnology, привлекли внимание различных отраслей, включая производителей теплообменников, процессоров компьютерных ядер и даже гоночных автомобилей.

Вскоре стало ясно, что для того, чтобы полимерные проводники работали для любого из этих приложений, материалы должны быть увеличены от ультратонких волокон (одно волокно размером в одну сотую диаметра человеческого волоса) до более управляемых. фильмы.

«В то время мы сказали, что вместо одного волокна мы можем попробовать сделать лист», – говорит Чен. «Оказывается, это был очень трудный процесс».

Исследователи не только должны были придумать способ изготовления теплопроводных листов полимера, но и сконструировать на заказ устройство для проверки теплопроводности материала, а также разработать компьютерные коды для анализа изображений материала. микроскопические структуры.

В конце концов, команда смогла изготовить тонкие пленки из проводящего полимера, начав с коммерческого полиэтиленового порошка.Обычно микроскопическая структура полиэтилена и большинства полимеров напоминает спагетти-клубок молекулярных цепей. Тепло с трудом проходит через этот беспорядочный беспорядок, что объясняет внутренние изоляционные свойства полимера.

Сюй и ее коллеги искали способы распутать молекулярные узлы полиэтилена, чтобы сформировать параллельные цепочки, по которым тепло может лучше проводить. Для этого они растворили порошок полиэтилена в растворе, который заставил скрученные цепи расширяться и распутываться.Специально созданная система потока дополнительно распутала молекулярные цепи и выплюнула раствор на пластину, охлаждаемую жидким азотом, чтобы сформировать толстую пленку, которую затем поместили на машину для волочения с рулона на рулон, которая нагревала и растягивала пленку. пока он не стал тоньше полиэтиленовой пленки.

Затем команда построила прибор для проверки теплопроводности пленки. В то время как большинство полимеров проводят тепло в диапазоне от 0,1 до 0,5 Вт на метр на кельвин, Сюй обнаружил, что новая полиэтиленовая пленка имеет мощность около 60 Вт на метр на кельвин.(Алмаз, лучший теплопроводящий материал, имеет мощность около 2000 ватт на метр на кельвин, в то время как керамика – около 30, а сталь – около 15.) Как оказалось, пленка команды на два порядка теплопроводнее. чем большинство полимеров, а также более проводящий, чем сталь и керамика.

Чтобы понять, почему эти синтетические полиэтиленовые пленки обладают такой необычно высокой теплопроводностью, команда провела эксперименты по рассеянию рентгеновских лучей в Усовершенствованном источнике фотонов (APS) Министерства энергетики США в Аргоннской национальной лаборатории.

«Эти эксперименты на одном из самых ярких в мире синхротронных рентгеновских аппаратов позволяют нам увидеть наноскопические детали в отдельных волокнах, составляющих растянутую пленку», – говорит Цзян.

Путем визуализации ультратонких пленок исследователи обнаружили, что пленки, демонстрирующие лучшую теплопроводность, состоят из нановолокон с менее беспорядочно скрученными цепями по сравнению с таковыми в обычных полимерах, которые напоминают спутанные спагетти. Их наблюдения могут помочь исследователям разработать полимерные микроструктуры для эффективного отвода тепла.

«В конце концов, эта мечта сбылась», – говорит Сюй.

В дальнейшем исследователи ищут способы сделать полимерные теплопроводники еще лучше, регулируя процесс производства и экспериментируя с различными типами полимеров.

Чжоу отмечает, что полиэтиленовая пленка группы проводит тепло только по длине волокон, из которых состоит пленка. Такой однонаправленный проводник тепла может быть полезен для отвода тепла в определенном направлении внутри таких устройств, как ноутбуки и другая электроника.Но в идеале, по его словам, пленка должна более эффективно рассеивать тепло в любом направлении.

«Если у нас есть изотропный полимер с хорошей теплопроводностью, мы можем легко смешать этот материал с композитом и потенциально можем заменить множество проводящих материалов», – говорит Чжоу. «Итак, мы стремимся улучшить теплопроводность во всех трех измерениях».

Теплопроводность металлов, металлических элементов и сплавов

Теплопроводность – k – это количество тепла, передаваемого за счет единичного температурного градиента в единицу времени в установившихся условиях в направлении, нормальном к поверхности единицы площади.Теплопроводность – k – используется в уравнении Фурье.

9 0134 190 9013 4 0-25 9013 9013 9013 9013 907 9013 Бронза (75% Cu, 25% Sn) 96134 Германий 304 901 “ 120 “ Марганец 1 9013 9013 9013 9013 9013 901 901 901 901 9013 901 – Кованый 75.5 73 “ красный 9013 9013 901 901 901 “ “ Сталь – никель, 20% Ni 73 “ 9013 9013 901 9013 901 901 901 901 901 901 901 “ 105
Металл, металлический элемент или сплав Температура
– t –
( o C)

Теплопроводность
– k –
(Вт / м K)
Алюминий -73 237
0 236
127 240 127 240
527 220
Алюминий – дюралюминий (94-96% Al, 3-5% Cu, следы Mg) 20 164
Алюминий – силумин (87% Al, 13% Si) 20 164
Алюминиевая бронза 0-25 70
Алюминиевый сплав 3003, прокат 0-25
Алюминиевый сплав 2014.отожженный 0-25 190
Алюминиевый сплав 360 0-25 150
Сурьма -73 30,2
127 21,2
327 18,2
527 16,8
218
127 161
327 126
527 107 7 527 107 7 107 7 927 73
Бериллий медь 25 80
Висмут -73 9.7
0 8,2
Бор -73 52,5
0 31,7
31,7
327 11,3
527 8,1
727 6,3
927 927 .2
Кадмий -73 99,3
0 97,5
127 94,7 94,7
0 36,1
Хром -73 111
0 94,8
127 3
327 80,5
527 71,3
727 65,3 9013 9013 9013 901 -73 122
0 104
127 84,8 Медь -73 -73 № “ 927 342
Медь электролитическая (ETP) 0-25 390
Медь – Адмиралтейская латунь 20 111
Медь – алюминиевая бронза (95% меди, 5% алюминия) 20 83
20 26
Медь – латунь (желтая латунь) (70% Cu, 30% Zn) 20 111
Медь – патронная латунь (UNS C26000) 20 120
Медь – константан (60% Cu, 40% Ni) 20 22.7
Медь – немецкое серебро (62% Cu, 15% Ni, 22% Zn) 20 24,9
Медь – фосфористая бронза (10% Sn, UNS C52400) 20 50
Медь – Красная латунь (85% Cu, 9% Sn, 6% Zn) 20 61
Купроникель 20 29
0 66.7
127 43,2
327 27,3
527 19,8 927 17,4
Золото -73 327
0 318
127 127
527 292
727 278
927 262 9013 24 4
0 23,3
127 22,3
327 21,3
21,3
727 20,7
927 20,9
Hastelloy C 0-25 12
Inconel 9013 0-100 12
Индий -73 89.7
0 83,7
127 75,5
Иридий -73 153
127 144
327 138
527 132
727126 727 727126
Железо -73 94
0 83.5
127 69,4
327 54,7
527 43,3
927 28,2
Железо – литье 20 52
Железо – перлитное железо с шаровидным графитом 100 100 59
Свинец -73 36.6
0 35,5
127 33,8
327 31,2
Сурьма свинец (жесткий свинец) 0-25 30
Литий -73 88,1
0 79.2
127 72,1
Магний -73 159
0 157
157
327 149
527 146
Магниевый сплав AZ31B 0-25 100
17
0 7,68
Ртуть -73 28,9
Молибден -73 143 -73 143 -73 143 143 127 134
327 126
527 118
727 105
Монель 0-100 26
Никель -73 106
0 94
327 65,5
527 67,4
727 71,8 0-100 61-90
Мельхиор 50-45 (константан) 0-25 20
Ниобий (колумбий) -52 6
0 53,3
127 55,2
327 58,2
58,2
727 64,4
927 67,5
Осмий 20 61
Палладий
Платина -73 72,4
0 71,5
127 71,6
527 75,5
727 78,6
927 82,6
Плутоний 20 Плутоний 20 0
Калий -73 104
0 104
127 52
Рений -73 51
0 48,6
127 46,1
2
527 44,1
727 44,6
927 45,7 9012 “ 0 151
127 146
327 136
527 527 121
927 115
Рубидий -73 58.9
0 58,3
Селен 20 0,52
Кремний -73 264 127 98,9
327 61,9
527 42,2
727 727 7272
927 25,7
Серебро -73 403
0 428 420135 428 420135
327 405
527 389
727 374
927 138
0 135
Припой 50-50 0-25 50
Сталь – углерод, 0.5% C 20 54
Сталь – углерод, 1% C 20 43
Сталь – углерод, 1,5% C 20 36
” 400 36
122 33
Сталь – хром, 1% Cr 20 61
Сталь Хром, 5% Cr 20 20
Сталь – хром, 10% Cr 20 31
Сталь – хромоникель, 15% Cr, 10% Ni 20 19
Сталь – хромоникель, 20% Cr , 15% Ni 20 15.1
Сталь – Hastelloy B 20 10
Сталь – Hastelloy C 21 8,7
Сталь – никель, 10% Ni 20 26 20 26 20 19
Сталь – никель, 40% Ni 20 10
Сталь – никель, 60% Ni 20 19
Сталь – хром никель, 80% никель, 15% никель 20 17
Сталь – хром никель, 40% никель, 15% никель 20 11.6
Сталь – марганец, 1% Mn 20 50
Сталь – нержавеющая, тип 304 20 14,4
Сталь – нержавеющая, тип 347 20134
Сталь – вольфрам, 1% W 20 66
Сталь – Деформированный углерод 0 59
Тантал -73 57.5
0 57,4
127 57,8
327 58,9
58,9
727 60,2
927 61
Торий 20 42
Тин -73 -733
0 68,2
127 62,2
Титан -73 24,5
127 20,4
327 19,4
527 19,7
727 727.7
927 22
Вольфрам -73 197
0 182 327 139
527 128
727 121
927 927 927 25.1
0 27
127 29,6
327 34
727 43,9
927 49
Ванадий -73 31,5
0 0 3
427 32,1
327 34,2
527 36,3 927 41,2
Цинк -73 123
0 122
127 127 127 127
Цирконий -73 25.2
0 23,2
127 21,6
327 20,7
727 23,7
927 25,7

Сплавы – Температура и теплопроводность

Температура и теплопроводность для

    69 Hastelloy A 69 Hastelloy 69 Hastelloy
  • Advance
  • Монель

Сплавы:

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Начните вводить, то что вы ищите выше и нажмите кнопку Enter для поиска. Нажмите кнопку ESC для отмены.

Вернуться наверх