שתף:
7 מוליכים חום הראשי
ה מוליכים חום העיקריים הם מתכות ויהלומים, מטריקס מרוכבים מתכת, מרוכבים מטריקס פחמן, פחמן, גרפיט ו מרוכבים מטריקס קרמיקה..
מוליכות תרמית היא נכס מהותי המתאר את היכולת לנהל את החום ואת יכול להיות מוגדר כ: "כמות החום מועברת דרך עובי יחיד של חומר - בכיוון נורמלי משטח של יחידת שטח - בגלל טמפרטורת טמפרטורת יחידה בתנאי מצב יציב "(The Engineering Box, SF).
במילים אחרות, הולכה תרמית היא העברת אנרגיה תרמית בין חלקיקי החומר הנוגעים. מוליך תרמי מתרחשת כאשר חלקיקים של חומר חם מתנגשים עם חלקיקי חומר קר יותר להעביר חלק מהאנרגיה התרמית שלהם חלקיקים קרים.
נהיגה היא בדרך כלל מהירה יותר מוצקים נוזלים מאשר בגזים. החומרים שהם מוליכים טובים של אנרגיה תרמית נקראים מוליכים תרמיים.
מתכות הן מוליכים תרמיים טובים במיוחד מכיוון שיש להם אלקטרונים הנעים בחופשיות ויכולים להעביר את אנרגיית החום במהירות ובקלות (CK-12 Foundation, S.F.).
באופן כללי, מוליכים טובים של חשמל (מתכות כגון נחושת, אלומיניום, זהב וכסף) הם גם מוליכים טובים של חום, בעוד מבודדים חשמל (עץ, פלסטיק וגומי) הם מוליכים עניים של חום.
האנרגיה הקינטית (הממוצעת) של המולקולה בגוף החם גבוהה יותר מאשר בגוף הקר. אם שתי מולקולות מתנגשות, מתרחשת העברת אנרגיה מהמולקולה החמה אל הקור.
ההשפעה המצטברת של כל ההתנגשויות גורמת לזרימה נטו של חום הגוף החם אל הגוף הקר ביותר (SantoPietro, S.F.).
חומרים מוליכות תרמית גבוהה
חומרים מוליכות תרמית גבוהה נדרשים להולכה חום על מנת לחמם או מגניב. אחד הצרכים הקריטיים ביותר הוא תעשיית האלקטרוניקה.
בשל המזעור והגברת כוחה של המיקרואלקטרוניקה, פיזור החום הוא המפתח לאמינות, לביצועים ולמיניאטוריזציה של המיקרואלקטרוניקה.
מוליכות תרמית תלויה בתכונות רבות של חומר, במיוחד המבנה והטמפרטורה שלו.
מקדם ההתרחבות התרמית חשוב במיוחד מכיוון שהוא מציין את היכולת של חומר להתרחב עם החום.
מתכות ויהלומים
נחושת היא המתכת הנפוצה ביותר כאשר חומרים מוליכות תרמית גבוהה נדרשים.
עם זאת, נחושת מניח מקדם גבוה של מקדם התפשטות תרמית (CTE). סגסוגת Invar (64% Fe ± 36% Ni) נמוכה במיוחד במט"ח בין מתכות, אך היא ירודה מאוד במוליכות תרמית.
היהלום אטרקטיבי יותר, שכן יש מוליכות תרמית גבוהה מאוד מטח נמוך, אבל זה יקר (מוליכות תרמית, S.F).
אלומיניום אינו מוליך כמו נחושת, אבל יש לו צפיפות נמוכה, אשר אטרקטיבי אלקטרוניקה מטוסים ויישומים (למשל, מחשבים ניידים) הדורשים משקל נמוך.
מתכות הן מוליכות תרמיות וחשמליות. יהלומים וחומרים קרמיים מתאימים ניתן להשתמש ביישומים הדורשים מוליכות תרמית בידוד חשמלי, אבל לא מתכות.
תרכובות מטריקס מתכת
אחת הדרכים לצמצם את CTE של מתכת היא ליצור מטריצה מטריצה מתכת באמצעות מילוי CTE נמוך.
לשם כך, חלקיקי קרמיקה כגון AlN ו סיליקון קרביד (SiC) משמשים, בשל השילוב שלהם של מוליכות תרמית גבוהה נמוכה CTE.
כמו המילוי יש בדרך כלל נמוך CTE ותרמית נמוכת מוליכות מאשר מטריקס המתכת, את טעינת שבריר נפח הגבוהה במתחם, כך פוחת CTE ואת מוליכות תרמית הנמוכה.
תרכובות מטריצות פחמן
פחמן הוא מטריצה אטרקטיבית עבור תרכובות הולכה תרמית בשל מוליכות תרמית שלה (אם כי לא גבוה כמו אלה של מתכות) ו CTE נמוך (נמוך מאלו של מתכות).
בנוסף, פחמן עמיד בפני קורוזיה (עמיד יותר בפני קורוזיה מתכות) ומשקל נמוך שלה.
יתרון נוסף של מטריצת הפחמן הוא תאימותה עם סיבי פחמן, בניגוד לתגובתיות המשותפת בין מטריצת מתכת לבין המטען שלה.
לכן, סיבי פחמן הם מילוי דומיננטי עבור מרוכבים פחמן מטריקס.
פחמן וגרפיט
חומר פחמן מתוצרת איחוד מלא פחמנים מבשרי אוריינטציה ללא קלסר ופיחמון עוקבות פחמן graphitization אופציונלי, יש מוליכות תרמית הנעים בין 390 ו 750 W / ח"כ בחומר סיבים.
חומר נוסף הוא גרפיט pyrolytic (המכונה TPG) עטוף פגז מבניים. גרפיט (ג ציר מאוד טקסטורות של ועדיף בניצב למישור של דגנים גרפיט) יש מוליכות תרמית במישור של 1700 W / m K (פי ארבעה מזה של נחושת), אבל הוא חלש מבחינה מכאנית בגלל הנטייה לחתוך את המטוס גרפיט.
תרכובות מטריקס קרמיות
המטריצה של זכוכית בורוסיליקט היא אטרקטיבית בשל קבוע דיאלקטרי הנמוך שלה (4.1) בהשוואה לזו של AlN (8.9), אלומינה (9.4), SiC (42), BeO (6.8) של בור ניטריד (7.1), יהלום (5.6) ו זכוכית ± קרמיקה (5.0).
ערך נמוך של קבוע דיאלקטרי רצוי ליישומי אריזה אלקטרוניים. מצד שני, זכוכית יש מוליכות תרמית נמוכה.
מטריצת ה- SiC מושכת בגלל ה- CTE הגבוה שלה בהשוואה למטריצת הפחמן, למרות שהיא אינה מוליכה תרמית כמו פחמן.
CTE של פחמן + תרכובות פחמן נמוך מדי, וכתוצאה מכך החיים עייפות מופחתת על שבב על הלוח (COB) יישומים עם שבבי סיליקה.
ה- SiC מטריקס מורכב פחמן מורכב מתחם פחמן פחמן המרת מטריצת פחמן לתוך SiC (Chung, 2001).
הפניות
- Chung, D. (2001). חומרים להולכה תרמית. הנדסת תרמיקה יישומית 21 , 1593 ± 1605.
- קרן CK-12. (S.F.). מוליכים תרמיים ומבודדים. מקור: ck12.org: ck12.org.
- SantoPietro, D. (S.F.). מהי מוליכות תרמית? מקור: khanacademy.org.
- תיבת ההנדסה. (S.F.). מוליכות תרמית של חומרים וגזים משותפים. מקורו בהנדסה ארגונית:.