Przewodność cieplna Przewodność cieplna jest miarą zdolności materiału do przenoszenia ciepła. Materiały o wysokiej przewodności cieplnej mogą skutecznie przenosić ciepło i łatwo absorbować je z otoczenia. Słaby przewodnik ciepła będzie utrudniał przepływ ciepła i powoli pozyskiwał ciepło z otoczenia. Zgodnie z wytycznymi SI (System International), przewodność cieplna materiału jest mierzona w watach na metr na kelwin (W/mK).
10 najlepszych zmierzonych materiałów przewodzących ciepło i ich wartości podsumowano poniżej. Ponieważ przewodność cieplna zmienia się w zależności od używanego sprzętu i środowiska, w którym wykonywane są pomiary, te wartości przewodności są wartościami średnimi.
Naturalnie występujące materiały przewodzące ciepło
1. Diament - 2000 - 2200 W/mK
Diament to naturalny materiał o najlepszej przewodności cieplnej, z pomiarem przewodnictwa 5 razy wyższym niż miedź, najczęściej produkowany metal w USA. Atomy diamentu składają się z prostego szkieletu węglowego, co czyni go idealną strukturą molekularną do efektywnego przenoszenia ciepła. Zazwyczaj materiały o najprostszym składzie chemicznym i strukturze molekularnej mają najwyższe wartości przewodności cieplnej.
Diament jest ważnym elementem wielu nowoczesnych podręcznych urządzeń elektronicznych. Ich rolą w elektronice jest promowanie rozpraszania ciepła i ochrona wrażliwych elementów komputera. Wysoka przewodność cieplna diamentów okazała się również przydatna przy określaniu autentyczności kamieni jubilerskich. Włączenie niewielkich ilości diamentu do narzędzi i technologii może mieć dramatyczny wpływ na przewodność cieplną.
2. Srebro - 429 W/mK
Srebro jest stosunkowo tanim i powszechnie występującym przewodnikiem ciepła. Srebro jest integralną częścią wielu urządzeń elektrycznych i jest jednym z najbardziej wszechstronnych metali ze względu na swoją plastyczność. Trzydzieści pięć procent srebra produkowanego w USA jest wykorzystywane w elektronarzędziach i elektronice (US Geological Survey Mineral Community 2013). Produkt uboczny srebra, pasta srebrna, cieszy się rosnącym zainteresowaniem ze względu na jego wykorzystanie jako przyjaznej dla środowiska alternatywy energetycznej. Pasta srebrna wykorzystywana jest do produkcji ogniw fotowoltaicznych, które są głównym elementem paneli fotowoltaicznych.
3. Miedź - 398 W/mK
Miedź jest najczęściej używanym metalem do produkcji urządzeń przewodzących w Stanach Zjednoczonych. Miedź ma wysoką temperaturę topnienia i średnią szybkość korozji. Jest to również bardzo wydajny metal minimalizujący straty energii podczas wymiany ciepła. Metalowe patelnie, rury ciepłej wody i grzejniki samochodowe to wszystkie urządzenia, które wykorzystują właściwości przewodzące miedzi.
4. Złoto - 315 W/mK
Złoto jest rzadkim i drogim metalem używanym do określonych zastosowań przewodzących. W przeciwieństwie do srebra i miedzi, złoto rzadko matowieje i może wytrzymać silnie korozyjne warunki.
5, azotek glinu - 310 W/mK
Azotek glinu jest często używany jako zamiennik tlenku berylu. W przeciwieństwie do tlenku berylu, azotek glinu nie stanowi zagrożenia dla zdrowia podczas produkcji, ale nadal wykazuje podobne właściwości chemiczne i fizyczne do tlenku berylu. Azotek glinu jest jednym z nielicznych materiałów o wysokiej przewodności cieplnej i właściwościach elektroizolacyjnych. Ma wyjątkową odporność na szok termiczny i działa jako izolator elektryczny w układach mechanicznych.
6. Węglik krzemu - 270 W/mK
Węglik krzemu to półprzewodnik składający się ze zrównoważonej mieszaniny atomów krzemu i węgla. Po wyprodukowaniu i stopieniu krzem i węgiel łączą się, tworząc niezwykle twardy i trwały materiał. Mieszanka ta jest powszechnie stosowana jako składnik hamulców samochodowych, turbin oraz mieszanek stalowych.
7. Aluminium - 247 W/mK
Aluminium jest często stosowane jako opłacalna alternatywa dla miedzi. Chociaż aluminium jest mniej przewodzące niż miedź, aluminium jest powszechnie dostępne i łatwe w obróbce ze względu na jego niską temperaturę topnienia. Aluminium jest ważnym elementem lamp LED (Light Emitting Diodes). Mieszanki miedzi i aluminium stają się coraz bardziej popularne, ponieważ mogą wykorzystywać właściwości zarówno miedzi, jak i aluminium i mogą być produkowane po niższych kosztach.
8, wolfram - 173 W/mK
Wolfram ma wysoką temperaturę topnienia i niską prężność par, co czyni go idealnym materiałem do urządzeń narażonych na działanie energii elektrycznej o dużym natężeniu. Obojętność chemiczna wolframu pozwala na użycie go jako elektrody w mikroskopie elektronowym bez zmiany prądu. Jest również często stosowany w elementach żarówek i kineskopów.
9. Grafit 168 W/mK
Grafit to zaradna, tania i lżejsza alternatywa dla innych izomerów węgla. Jest często stosowany jako dodatek do mieszanek polimerowych w celu zwiększenia ich przewodności cieplnej. Typowym przykładem urządzeń wykorzystujących wysoką przewodność cieplną grafitu są baterie.
10. Cynk 116 W/mK
Cynk jest jednym z niewielu metali, które można łatwo łączyć z innymi metalami, tworząc stop metalu (mieszaninę dwóch lub więcej metali). Dwadzieścia procent urządzeń cynkowych w USA jest wykonanych ze stopów cynku. Cynkowanie wykorzystuje 40 procent produkowanego czystego cynku. Cynkowanie to proces nakładania powłoki cynkowej na stal lub żelazo w celu ochrony metalu przed warunkami atmosferycznymi i rdzą.
Sztuczne materiały do obróbki powierzchni
DLC Diamond Like Coating - nanopowłoka wytwarzana techniką powlekania próżniowego, proces PVD. Ma dobrą izolację i przewodność cieplną
Powłoki z tlenku glinu Al2O3 - nanopowłoki wytwarzane w procesie CVD. Jest to bardziej powszechna kompozytowa folia funkcjonalna o dobrej izolacji i przewodności cieplnej. Kontrola grubości powłoki i wiązanie będą miały znaczną przewagę nad natryskiem termicznym. Jednak wysoka cena jest mało popularna. Przewodność cieplna: 23-32 (W/m*k)
Powłoka z heksagonalnego azotku boru HBN {{0}} (W/m*k), najlepsza powłoka ceramiczna o przewodności cieplnej powyżej 500 stopni otoczenia. Również najlepszy ceramiczny materiał izolacyjny w wysokich temperaturach (napięcie przebicia 3kv/mm). Konwencjonalnie obojętny chemicznie, niski współczynnik tarcia 0,16 Odporny na utlenianie, 900 stopni z tlenem, 2000 stopni bez tlenu. Proces powlekania próżniowego kompozytów TiB2 firmy NAXICO umożliwia tworzenie niestandardowych, odpornych na wysokie temperatury i super twardych nanopowłok.
Tlenek berylu BeO - przewodnictwo cieplne podobne do fioletowej miedzi. Proszek jest silnie toksyczny. ulatnianie zaczyna się przy 1000 stopniach. Zaczyna być wycofywany.
