导热率高的材料_十大常用的导热材料

2024-12-2007:14:24创业资讯1

主要导热陶瓷材料以氧化物、氮化物、碳化物、硼化物等为主,其中包括聚晶金刚石陶瓷、AlN、BeO、Si3N4、SiC等。这些材料在特定应用领域中具有至关重要的传热性能。

陶瓷材料的传热性能对其应用领域的拓展具有关键性影响。在一定的范围内,通过特定方法增强陶瓷材料的导热系数,将有效提高其热传导、热对流和热辐射能力,从而进一步拓宽其应用范围。

金刚石的导热能力特别突出,其单晶体在常温下的理论热导率与实测值均很高。尽管大单晶金刚石的制备困难且价格昂贵,但聚晶金刚石陶瓷的制备过程中常加入助烧剂以促进金刚石粉体间的粘结,进而获得高导热PCD陶瓷。高温烧结过程中助烧剂可能导致金刚石粉碳化,影响其绝缘性能。

聚晶金刚石陶瓷作为一种工程材料和新型功能性材料,在现代工业、国防和高新技术等领域得到广泛应用,这主要得益于其优良的力学、热学、化学、声学、光学和电学性能。

图示一展示了聚晶金刚石陶瓷的形态与应用。

碳化硅(SiC)是当前研究活跃的导热陶瓷材料之一。尽管其理论热导率很高,但由于表面能与界面能比值较低,晶界能较高,常规方法难以制备出高纯致密的SiC陶瓷。采用常规烧结方法时,需添加助烧剂且烧结温度需达到较高水平,但这也可能导致SiC晶粒长大,从而降低其力学性能。

SiC陶瓷在石油、化工、微电子、汽车、航天、航空、造纸、激光、矿业及原子能等领域有广泛应用。例如,它被用于制造高温轴承、板、喷嘴、高温耐蚀部件以及高温和高频范围的电子设备零部件等。

图示二描绘了SiC陶瓷的结构与应用领域。

Si3N4陶瓷因其高韧性、抗热冲击能力强、绝缘性好、耐腐蚀和无毒等特性备受关注。其原子键结合强度、平均原子质量和晶体非谐性振动与SiC相似,为高导热材料提供了理论基础。尽管氮化硅的结构比AlN更复杂,对声子的散射较大,导致烧结出的氮化硅陶瓷热导率低于理论值,但其优异性能仍使其在高温结构陶瓷领域有广泛应用。

图示三展示了Si3N4陶瓷的形态与特点。

BeO作为一种六方纤锌矿结构的陶瓷材料,因其特殊的原子排列和物理性质而具有较高的导热性能。研究表明,BeO陶瓷的热导率可达到较高水平,并且广泛应用于航天航空、核动力、冶金工程、电子工业和火箭制造等领域。

AlN陶瓷是目前应用广泛的高导热材料之一。虽然烧结过程中不可避免的杂质掺入和缺陷会降低其热导率,但通过选择合适的助烧剂和优化烧结工艺,仍可制备出具有较高热导率的AlN陶瓷。

图示四描绘了AlN陶瓷的形态与制备过程中的关键因素。

由于AlN的共价键合特性和高熔点,常规烧结方法往往难以实现高纯AlN陶瓷的制备。添加适当的助烧剂不仅有助于促进烧结过程,还可净化AlN晶格,进一步提高其热导率。目前,添加助烧剂烧结AlN陶瓷的方法已广泛应用于生产中。

参考文献如后所述:

1. 相关研究论文及期刊。

2. 昆剧理工大学学报(自然科学版)的相关文章。

3. 有关高导热陶瓷材料的研究现状与前景分析的陶瓷专业期刊。

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