Материалы с высокой теплопроводностью: Материал с высокой теплопроводностью – Мастерок
alexxlab | 03.03.1995 | 0 | Разное
Теплопроводность основных строительных материалов
Когда имеется в виду теплопроводность строительных материалов, подразумевают характеристику тела, выраженную в цифрах, о способности проводить тепло. Чтобы проводить сравнение показателей расчетов во время строительства, была разработана специальная таблица теплопроводности. Согласно ее данным можно подобрать нужную прочность материала, определить паропроницаемость основной массы строительных материалов.
Схема теплопроводности и толщины материалов.
Важные сведения о теплопроводности
Процесс перехода тепла, происходящий между молекулами однородного тела, обладающими различной температурой, называется теплопроводностью строительных материалов. В рамках данного процесса мельчайшие частицы, из которых состоит тело, активно обмениваются энергией атомов. При этом атомы тела начинают быстро и хаотично двигаться. Такому тепловому обмену подвержено любое физическое тело, в котором имеет место неодинаковое распределение температуры.
Механизм теплопроводности во многом зависит от состояния вещества в конкретный момент.
Каждое вещество по-разному проводит тепло. Для измерения был введен коэффициент, который показывает величину удельной теплопроводности. Цифровое выражение этой характеристики соответствует количеству тепла, проходящему через материал толщиной в 1 м.
Таблица теплопроводности утеплителей.
Несколько десятилетий назад ученые считали, что передача тепловой энергии зависит от перехода тепла из одного тела в другое. Проведенные исследования опровергли это мнение. Сегодня теплопроводность представляет собой естественное желание объектов получить термодинамическое равновесие. Это происходит после выравнивания температуры тела.
Строительные материалы с высокой пористостью отличаются низкой теплопроводностью. Ее нельзя сравнивать с теплопроводностью, которой обладают строительные материалы высокой плотности. Тепловой поток данных материалов движется сквозь поры, которые заполнены воздухом.
Благодаря низкой воздушной теплопроводности возникает мощное сопротивление направленному движению тепла. Когда пористость материалов одинакова, теплопроводность будет ниже у материала, имеющего самый маленький диаметр пор. Если поры имеют большие размеры, передача тепла происходит за счет конвекции. Передвижение теплоты ускоряется, если имеются сообщающиеся большие поры.
Когда проводится проектирование теплоизоляции, необходимо помнить, что, если будет иметь место повышенная влажность, теплопроводность самих строительных материалов увеличивается в разы. Это связано с тем, что поры, в которые попала вода, намного лучше пропускают тепло.
Влияет на теплопроводность структура материала. Направление волокон материала делает теплопроводность различной. Например, у дерева, имеющего волокна, расположенные вдоль, термическое сопротивление намного меньше, чем у древесины, у которой волокна расположены поперек. Следовательно, теплопроводность паркетного пола сильно уступает такому же показателю пола, сделанному из другого дерева.
Схема сравнения теплопроводности стен из газобетона и кирпича.
Такую зависимость нужно учесть, когда применяются слоистые материалы.
Сегодня можно смело утверждать, что теплопроводность — одно из важнейших качеств строительных материалов, которые применяются для строительства:
- стен;
- перекрытий;
- изоляции;
- холодильников;
- котлов.
От правильного использования теплоизоляционных материалов, из которых делаются ограждающие конструкции, во многом зависят денежные расходы при оплате отопления зимой.
Вернуться к оглавлению
Значение коэффициента теплопроводности строительных материалов
Он равен количеству теплоты, которое проходит сквозь материал, имеющий толщину 1 м, в течение одного часа. Причем температура может отличаться на противоположных сторонах только на один градус. Сам параметр измеряется в ваттах.
Применение такого параметра было вызвано требованиями правильного выбора фасада, чтобы получить максимальную теплоизоляцию.
Только соблюдение этого условия позволит чувствовать себя комфортно жильцам здания. Кроме того, данный аспект помогает выбрать вещество для дополнительного утепления здания. Ошибки расчета в данном случае недопустимы, так как может произойти сдвиг точки росы, стены начнут мокнуть. В таком доме всегда холодно, он полон сырости.
В основном теплопроводность — это показатель степени теплоизоляции. Конечно, ее можно считать важнейшим параметром во время строительства. Именно данный параметр помогает построить дом теплым и уютным.
Использование коэффициента теплопроводности имеет под собой веские основания. Сегодня наиболее актуальной является проблема сохранения тепла помещений, строящихся зданий. Разговор касается самой обычной экономии.
Ведь для сохранения нормальной температуры жилого здания требуется много топлива.
При плохой теплоизоляции топлива потребуется намного больше.
Вернуться к оглавлению
Теплопроводность современных строительных материалов
Свойства и классификация современных строительных материалов.
Совсем недавно лучшие теплоизоляционные параметры имели деревянные дома. К примеру, сосна имеет коэффициент теплопроводности 0,18 Вт/м* К. Однако на данный показатель могут оказать влияние самые разные нюансы. Очень важна при этом величина плотности древесины, показатель влажности. Поэтому, когда строится дом из бревен, их предварительно подвергают специальной подготовке.
Всякая древесина обладает индивидуальными характеристиками теплопроводности. Например, сосновый брус сделает дом весьма теплым, зато осина не подходит для возведения дома.
Новейшие технологии помогли получить новейший материал, получивший название газосиликат. Он состоит из бетонной основы, куда была добавлена алюминиевая пудра. В результате получилась пористая структура. Воздушные камеры намного увеличивают значение коэффициента теплопроводности. У газосиликата он превзошел показатель древесины и достиг 0,12 Вт/м* К, при плотности материала около 500 кг/м³. Более низкая теплопроводность у пенобетона — 0,38 Вт/м* К.
Однако даже при такой разнице стоимость газосиликата намного выше стоимости пенобетона. В связи с этим пенобетон получил большую популярность.
Классическим материалом при строительстве зданий является кирпич. За счет огромного многообразия этого материала, разных форм и габаритов, теплопроводность также имеет различные показатели.
Таблица теплопроводности утеплителей.
При выборе конкретного вида материалов нужно обязательно учитывать, как будет эксплуатироваться здание, какой климат в месте расположения дома. Эти параметры будут являться главными характеристиками, когда проводится анализ данных строительных материалов. Важнейшим считается коэффициент теплопроводности.
Когда строятся архитектурные здания, запрещается иметь большую теплопроводность строительного материала. Чем выше показатель теплопроводности, тем хуже теплоизоляционные свойства материала. Именно они поддерживают определенную температуру в помещении.
Когда строительные материалы имеют низкую теплопроводность, в помещении сохраняется комнатная температура, независимо от погоды за окном.
Это происходит из-за появления диффузии между частицами, имеющими разную температуру.
Вернуться к оглавлению
Как на практике применяется низкая теплопроводность?
Новейшие технологии изготовления теплоизолирующих материалов открывают много возможностей для работы строительной индустрии. Совсем необязательно в наше время иметь дома, у которых стены отличаются большим значением толщины. Чтобы здание стало энергоэффективным, можно при строительстве совмещать различные виды материалов.
http://ostroymaterialah.ru/www.youtube.com/watch?v=iTAN9cIP7Ns
Кирпич отличается низкой теплопроводностью. Для компенсации применяют дополнительный утеплитель. С этой целью часто используют пенополистирол. Данный материал обладает коэффициентом теплопроводности, равным 0,03 Вт/м град.
Сегодня вместо очень дорогостоящих кирпичных домов, имеющих низкую эффективность энергосбережения, различных видов каркасного строительства, монолитных зданий, стены которых делаются из тяжелого бетона, воздвигаются здания с применением ячеистого бетона.
Технологические характеристики этого материала аналогичны параметрам древесины.
http://ostroymaterialah.ru/www.youtube.com/watch?v=IkBtZSqC6Nc
Дом из такого материала никогда не имеет промерзших стен, даже когда на улице лютые морозы.
Статьи на Строительном портале Украины
Что такое коэффициент плотности и теплопроводности строительных материалов?
Чтобы не занимать лишним ваши головы, попробуем ответить на этот вопрос как можно проще и понятнее.
Для обозначения коэффициента теплопроводности при расчетах используется символ λ, а измеряется данная величина в ВТ/м*К.
Как известно, тепло передается при контакте двух материалов от одного к другому или через материал. Наиболее высокой теплопроводностью отличаются самые плотные материалы, к примеру, такие как стекло, металл, камень. Воздух и газы имеют низкую теплопроводность, поэтому пористые материалы, такие как пенополистирол, пенобетон или пенопласт так же отличаются более низкой теплопроводностью.
Кроме того, следует учитывать, что теплопроводность материала напрямую зависит от его плотности, добавок и влажности. Так, одни и те же строительные материалы от разных производителей будут иметь различные физические свойства. Поэтому, чтобы быть уверенным в правильности расчетов на все сто, лучше значения коэффициентов теплопроводности материала взять из документации производителя.
| Материал | Плотность (для сыпучих – насыпная плотность), кг/м3 | Коэффициент теплопроводности, Вт/ (м*К) |
|---|---|---|
| Алюминий | 2600-2700 | 203,5-221 растет с ростом плотности |
| Асбест | 600 | 0,151 |
| Асфальтобетон | 2100 | 1,05 |
| АЦП асбесто-цементные плиты | 1800 | 0,35 |
| Бетон | 2300-2400 | 1,28-1,51 растет с ростом плотности |
| Битум | 1400 | 0,27 |
| Бронза | 8000 | 64 |
| Винипласт | 1380 | 0,163 |
| Вода при температурах выше 0 градусов С | 1000 | 0,6 |
| Войлок шерстяной | 300 | 0,047 |
| Гипсокартон | 800 | 0,15 |
| Гранит | 2800 | 3,49 |
| Дерево, дуб – вдоль волокон | 700 | 0,23 |
| Дерево, дуб – поперек волокон | 700 | 0,1 |
| Дерево, сосна или ель – вдоль волокон | 500 | 0,18 |
| Дерево, сосна или ель – поперек волокон | 500 | 0,10—0,15 растет с ростом плотности и влажности |
| ДСП, ОСП; древесно- или ориентированно-стружечная плита | 1000 | 0,15 |
| Железобетон | 2500 | 1,69 |
| Картон облицовочный | 1000 | 0,18 |
| Керамзит | 200 | 0,1 |
| Керамзит | 800 | 0,18 |
| Керамзитобетон | 1800 | 0,66 |
| Керамзитобетон | 500 | 0,14 |
| Кирпич керамический пустотелый (брутто1000) | 1200 | 0,35 |
| Кирпич керамический пустотелый (брутто1400) | 1600 | 0,41 |
| Кирпич красный глиняный | 1800 | 0,56 |
| Кирпич, силикатный | 1800 | 0,7 |
| Кладка из изоляционного кирпича | 600 | 0,116—0,209 растет с ростом плотности |
| Кладка из обыкновенного кирпича | 600-1700 | 0,384—0,698—0,814 растет с ростом плотности |
| Кладка из огнеупорного кирпича | 1840 | 1,05 (при 800—1100°С) |
| Краска масляная | – | 0,233 |
| Латунь | 8500 | 93 |
| Лед при температурах ниже 0 градусов С | 920 | 2,33 |
| Линолеум | 1600 | 0,33 |
| Литье каменное | 3000 | 0,698 |
| Магнезия 85% в порошке | 216 | 0,07 |
| Медь | 8500-8800 | 384-407 растет с ростом плотности |
| Минвата | 100 | 0,056 |
| Минвата | 50 | 0,048 |
| Минвата | 200 | 0,07 |
| Мрамор | 2800 | 2,91 |
| Опилки древесные | 230 | 0,070—0,093 растет с ростом плотности и влажности |
| Пакля сухая | 150 | 0,05 |
| Пенобетон | 1000 | 0,29 |
| Пенобетон | 300 | 0,08 |
| Пенопласт | 30 | 0,047 |
| Пенопласт ПВХ | 125 | 0,052 |
| Пенополистирол | 100 | 0,041 |
| 150 | 0,05 | |
| Пенополистирол | 40 | 0,038 |
| Пенополистирол экструдированый | 33 | 0,031 |
| Пенополиуретан | 32 | 0,023 |
| Пенополиуретан | 40 | 0,029 |
| Пенополиуретан | 60 | 0,035 |
| Пенополиуретан | 80 | 0,041 |
| Пеностекло | 400 | 0,11 |
| Пеностекло | 2000 | 0,07 |
| Песок сухой | 1600 | 0,35 |
| Песок влажный | 1900 | 0,814 |
| Полимочевина | 1100 | 0,21 |
| Полиуретановая мастика | 1400 | 0,25 |
| Полиэтилен | 1500 | 0,3 |
| Пробковая мелочь | 160 | 0,047 |
| Рубероид, пергамин | 600 | 0,17 |
| Свинец | 11400 | 34,9 |
| Совелит | 450 | 0,098 |
| Сталь | 7850 | 58 |
| Сталь нержавеющая | 7900 | 17,5 |
| Стекло оконное | 2500 | 0,698—0,814 |
| Стеклянная вата (стекловата) | 200 | 0,035—0,070 растет с ростом плотности |
| Текстолит | 1380 | 0,244 |
| Торфоплиты | 220 | 0,064 |
| Фанера клееная | 600 | 0,12 |
| Фаолит | 1730 | 0,419 |
| Чугун | 7500 | 46,5—93,0 |
| Шлаковая вата | 250 | 0,076 |
| Эмаль | 2350 | 0,872—1,163 |
Рубрика:
Стройматериалы
Вернуться назад
Теплопроводные материалы и общие области применения
1.
0 Что такое теплопроводностьТеплопроводность материала или элемента является определяющим свойством, которое помогает в разработке эффективных технологий нагрева/охлаждения. Значение теплопроводности можно определить 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, в то время как материалы с более низкой теплопроводностью плохо передают тепло и медленно поглощают тепло из окружающей среды.
1.1 Факторы, влияющие на теплопроводность
На его теплопроводность могут влиять многочисленные химические и физические свойства элемента или материала. 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°С). Это значение значительно ниже, чем у большинства твердых веществ. Когда воздух попадает в поры вещества, он может снизить скорость эффективного прохождения тепла через него. Размер пор, их 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 среды с присутствующей влагой, он потенциально может быть поглощен и даст более высокое значение теплопроводности. Молекулярная структура материалов также может ограничивать поток тепла. Древесина является примером материала, молекулярная структура которого состоит из прямых волокон. Тепло, протекающее через древесину, движется в постоянном направлении по пути, обеспечиваемому волокнами.
Если тепло течет против волокон, сопротивление больше. Это сопротивление может ограничить эффективную теплопередачу и снизить теплопроводность этого материала.
Рисунок 1: Пористость в образце горной породы
2.0 Теплопроводные материалы и современные применения
2.1 Алмазы
Алмаз в настоящее время носит титул теплопроводного материала, известного человеку. 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 имеет второе по величине значение теплопроводности. Алмаз обычно используется в электронике для рассеивания тепла, чтобы защитить чувствительные устройства от перегрева. Их высокие значения теплопроводности также могут быть использованы для определения подлинности бриллиантов в ювелирных изделиях.
2.2 Серебро
Серебро имеет второй по величине измеренный показатель теплопроводности. Серебро — 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 геологоразведочного сообщества США за 2013 г.) . Серебро является относительно ковким металлом, который можно легко манипулировать до различной вязкости и размера частиц. Это свойство серебра способствовало широкому использованию металла. Серебряная паста является примером промышленного продукта из серебра, спрос на который постоянно растет. Серебряная паста часто используется в производстве фотогальванических элементов, основного компонента солнечных панелей.
Рисунок 2: Круговая диаграмма, показывающая использование серебра в Соединенных Штатах Америки.
2.3 Медь, золото и алюминий
Медь является материалом с третьей по величине теплопроводностью, а также самым популярным металлом, используемым для производства технологий проводимости. Медь является чрезвычайно эффективным материалом для минимизации потерь энергии при передаче тепла. Медь имеет высокую температуру плавления и низкую скорость коррозии.
Кастрюли, трубы с горячей водой и электронные радиаторы являются примерами приборов, в которых используются теплопроводные свойства меди.
Золото обладает такими же проводящими свойствами, как 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 разъемов 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 для использования химических и физических характеристик обоих металлов и минимизации производственных затрат.
Рисунок 3: Основа решетки атома меди
2.4 Топ-10 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: Топ-10 теплопроводящих материалов и значения их проводимости, измеренные в Вт/м•К при комнатной температуре (20-25°C)
3.
0 Механика теплопроводностиТеплопроводность является основным компонентом минералов и элементы, которые имеют решающее значение для разработки бесчисленных технологий и инструментов. Выбор материала с надлежащим значением проводимости может повысить эффективность продукта и сэкономить энергию и деньги. Наиболее исключительными теплопроводниками являются металлы из-за их внутреннего электронного расположения. Ионы металлов плотно упакованы в виде решетки (рис. 3). Эти ионы постоянно вибрируют, выделяя тепло.
Молекулярная структура металлов также включает свободные электроны. Эти делокализованные электроны несут большое количество энергии при движении через решетку. Когда эти электроны сталкиваются с основой 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, выделяемое ионными колебаниями, может более эффективно передаваться через вещество.
3.1 Механика теплопроводности алмазов
В отличие от электронов, переносящих тепло в металлах, фотоны переносят энергию и тепло в алмазах. В научном сообществе предполагается, что поверхность алмаза покрыта тонкой карбидной пленкой, которая способствует спариванию электронов с фотонами. Это взаимодействие в настоящее время исследуется и, по-видимому, является средой теплопередачи, влияющей 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 обладают более высокой теплопроводностью.
Рисунок 4: Диаграмма Льюиса, показывающая углеродную основу атома алмаза
4.0 Заключение
Согласно первому закону тепловой динамики, энергия не может быть ни создана, ни уничтожена. Энергия (тепло) может только передаваться. Эффективная теплопередача требует эффективных теплопроводников. Материалы с высокой теплопроводностью имеют решающее значение при проектировании и разработке бесчисленного количества электроники и приборов, передающих тепло.
Каждый теплопроводник обладает уникальными химическими и физическими свойствами, которые позволяют использовать нагревательные свойства с пользой.
Ссылки
Irimia R, Gottschling M (2016) Таксономическая ревизия Rochefortia Sw. (Ehretiaceae, Boraginales). Журнал данных о биоразнообразии 4: E7720 . (н.д.). https://doi.org/10.3897/BDJ.4.e7720.
Фликр. 1 https://live.staticflickr.com/8227/8456671200_5c93da3b69_b.jpg
Множество способов использования серебра. (н.д.). 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/
(без даты). 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. (н.д.). 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 Thermtest
Какие керамические материалы обладают высокой теплопроводностью?
Теплопроводность керамических материалов играет важную роль в их применении. В определенном диапазоне повышение теплопроводности керамических материалов определенными методами улучшит их способность к теплопроводности, конвекции тепла и тепловому излучению, что еще больше расширит область их применения. Керамические материалы с высокой теплопроводностью в основном состоят из оксидов, нитридов, карбидов и боридов, таких как поликристаллическая алмазная керамика, нитрид алюминия, оксид бериллия, нитрид кремния и карбид кремния.
Поликристаллический алмаз (PCD)
Алмаз обладает высокой теплопроводностью.
Теоретическое значение теплопроводности его монокристалла составляет 1642 Вт/м•К при комнатной температуре, а измеренное значение — 2000 Вт/м•К. Однако крупный монокристалл алмаза сложен в приготовлении и дорог. В процессе спекания поликристаллического алмаза часто добавляют вспомогательные вещества для спекания, чтобы усилить связь между алмазными порошками, чтобы получить керамику PCD с высокой теплопроводностью. Однако помощник по спеканию может катализировать карбонизацию алмазного порошка в процессе высокотемпературного спекания, так что поликристаллический алмаз больше не изолирован. Небольшой монокристалл алмаза часто добавляют в теплопроводную керамику в качестве армирующего материала для улучшения теплопроводности керамики.
Поликристаллическая алмазная керамика является конструкционным материалом и новым функциональным материалом. В настоящее время поликристаллическая алмазная керамика нашла широкое применение в областях современной промышленности, национальной обороны, высоких и новых технологий благодаря своим превосходным механическим, термическим, химическим, акустическим, оптическим и электрическим свойствам.
Карбид кремния
В настоящее время карбид кремния (SiC) является активным теплопроводным керамическим материалом в стране и за рубежом. Теоретическая теплопроводность карбида кремния очень высока и достигает 270 Вт/м•К. Однако, поскольку отношение поверхностной энергии к межфазной энергии керамических материалов SiC низкое, то есть энергия границ зерен высока, трудно производить высокочистую и плотную керамику SiC обычными методами спекания. Вспомогательные вещества для спекания должны быть добавлены при использовании обычных методов спекания, а температура спекания должна быть выше 2050 ℃. Однако такие условия спекания вызывают рост зерен SiC и значительно снижают механические свойства керамики SiC.
Керамика из карбида кремния широко используется в высокотемпературных подшипниках, пуленепробиваемых пластинах, соплах, деталях, устойчивых к высокотемпературной коррозии, а также в высокотемпературном и высокочастотном диапазоне деталей электронного оборудования и других областях.
Нитрид кремния
Керамика из нитрида кремния (Si3N4) привлекает все больше и больше внимания отечественных и зарубежных исследователей из-за ее превосходных свойств, таких как высокая ударная вязкость, высокая термостойкость, хорошая изоляция, коррозионная стойкость и нетоксичность. Прочность связи, средняя атомная масса и ангармонические колебания керамики из нитрида кремния аналогичны таковым у SiC. Теоретическая теплопроводность кристаллов нитрида кремния составляет 200 ~ 320 Вт/м•К. Однако, поскольку структура Si3N4 более сложна, чем структура нитрида алюминия (AlN), а рассеяние фононов больше, теплопроводность спеченной керамики Si3N4 в настоящем исследовании намного ниже, чем у монокристалла Si3N4, что также ограничивает его масштабное продвижение и применение.
Оксид бериллия
Оксид бериллия (ВеО) относится к гексагональной структуре вюрцита, с малым расстоянием между атомами Ве и О, малой средней атомной массой и плотным скоплением атомов, что соответствует условиям модели Слака с
высокая теплопроводность монокристалла.
В 1971 году Слэк и Ауатерман проверили теплопроводность керамики BeO и крупного монокристалла BeO и подсчитали, что теплопроводность крупного монокристалла BeO может достигать 370 Вт/м•К. В настоящее время теплопроводность полученной керамики BeO может достигать 280 Вт/м•К, что в 10 раз выше, чем у керамики из оксида алюминия (Al2O3).
Оксид бериллия широко используется в аэрокосмической, ядерной энергетике, металлургии, электронной промышленности, ракетостроении и так далее. ВеО широко используется в качестве несущих деталей и узлов в схемах преобразования авионики, в авиационных и спутниковых системах связи; Керамика BeO обладает особенно высокой стойкостью к тепловому удару и может использоваться в дымоходах реактивных самолетов; пластина BeO с металлическим покрытием использована в системе управления приводом самолета; Ford и General Motors используют накладки из оксида бериллия с металлическим напылением в системах зажигания автомобилей; BeO обладают хорошей теплопроводностью и легко миниатюризируются, поэтому имеют широкие перспективы применения в лазерной области.
Например, BeO-лазер имеет более высокую эффективность и большую выходную мощность, чем кварцевый лазер.
Нитрид алюминия (AlN)
Керамика из нитрида алюминия является наиболее широко используемым материалом с высокой теплопроводностью. Теоретическая теплопроводность монокристалла нитрида алюминия может достигать 3200 Вт/м•К. Однако из-за неизбежных примесей и дефектов в процессе спекания эти примеси создают различные дефекты в решетке AlN, которые уменьшают среднюю свободу фононов и, таким образом, сильно снижают их теплопроводность. В дополнение к влиянию дефектов решетки AlN на теплопроводность, размер зерна, морфология, а также содержание и распределение второй фазы на границах зерен также имеют важное влияние на теплопроводность керамики AlN. Чем больше размер зерна, тем больше средняя свобода фононов и тем выше теплопроводность спеченной керамики AlN.
Как типичный ковалентный комплекс, нитрид алюминия имеет высокую температуру плавления, низкий коэффициент атомной самодиффузии и высокую энергию границ зерен во время спекания.