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常見金屬材料導熱系數

導熱率K是材料本身的固有性能參數,用于描述材料的導熱能力,又稱為熱導率,單位為W/mK。這個特性跟材料本身的大小、形狀、厚度都是沒有關系的,只是跟材料本身的成分有關系。不同成分的導熱率差異較大,導致由不同成分構成的物料的導熱率差異較大。單粒物料的導熱性能好于堆積物料。

 

穩態導熱:導入物體的熱流量等于導出物體的熱流量,物體內部各點溫度不隨時間而變化的導熱過程。

 

非穩態導熱:導入和導出物體的熱流量不相等,物體內任意一點的溫度和熱含量隨時間而變化的導熱過程,也稱為瞬態導熱過程。

 

導熱系數是指在穩定傳熱條件下,1m厚的材料,兩側表面的溫差為1度(K,°C,1秒內,通過1平方米面積傳遞的熱量,用λ表示,單位為瓦/·

 

導熱系數與材料的組成結構、密度、含水率、溫度等因素有關。非晶體結構、密度較低的材料,導熱系數較小。材料的含水率、溫度較低時,導熱系數較小。

 

通常把導熱系數較低的材料稱為保溫材料(我國國家標準規定,凡平均溫度不高于350時導熱系數不大于0.12W/(m·K)的材料稱為保溫材料),而把導熱系數在0.05/米攝氏度以下的材料稱為高效保溫材料。

 

導熱系數高的物質有優良的導熱性能。在熱流密度和厚度相同時,物質高溫側壁面與低溫側壁面間的溫度差,隨導熱系數增大而減小。鍋爐爐管在未結水垢時,由于鋼的導熱系數高,鋼管的內外壁溫差不大。而鋼管內壁溫度又與管中水溫接近,因此,管壁溫度(內外壁溫度平均值)不會很高。但當爐管內壁結水垢時,由于水垢的導熱系數很小,水垢內外側溫差隨水垢厚度增大而迅速增大,從而把管壁金屬溫度迅速抬高。當水垢厚度達到相當大(一般為1~3毫米)后,會使爐管管壁溫度超過允許值,造成爐管過熱損壞。 對鍋爐爐墻及管道的保溫材料來講,則要求導熱系數越低越好。一般常把導熱系數小于0.8x103次方瓦/(米時·攝氏度)的材料稱為保溫材料。例如石棉、珍珠巖等

 

填縫導熱材料有:導熱硅脂、導熱云母片、導熱陶瓷片、導熱矽膠片、導熱雙面膠等。主要作用是填充發熱功率器件與散熱片之間的縫隙,通??此坪芷降膬蓚€面,其實接觸面積不到40%,又因為空氣是不良導熱體,導熱系數僅有0.03w/m.k,填充縫隙就是用導熱材料填充縫隙間的空氣.

 

傅力葉方程式:
Q=KA△T/d,
R=A△T/Q       Q: 熱量,W   K: 導熱率,W/mk    A:接觸面積
d: 熱量傳遞距離    △T:溫度差    R: 熱阻值

 

將上面兩個公式合并,可以得到 K=d/R。因為K值是不變的,可以看得出熱阻R值,同材料厚度d是成正比的。也就說材料越厚,熱阻越大。


但如果仔細看一些導熱材料的資料,會發現很多導熱材料的熱阻值R,同厚度d并不是完全成正比關系。這是因為導熱材料大都不是單一成分組成,相應會有非線性變化。厚度增加,熱阻值一定會增大,但不一定是完全成正比的線性關系,可能是更陡的曲線關系。

 

實際這是不可能的條件。所以測試并計算出來的熱阻值并不完全是材料本身的熱阻值,應該是材料本身的熱阻值+所謂接觸面熱阻值。因為接觸面的平整度、光滑或者粗糙、以及安裝緊固的壓力大小不同,就會產生不同的接觸面熱阻值,也會得出不同的總熱阻值。

 

所以國際上流行會認可設定一種標準的測試方法和條件,就是在資料上經常會看到的ASTM D5470。這個測試方法會說明進行熱阻測試時候,選用多大的接觸面積A,多大的熱量值Q,以及施加到接觸面的壓力數值。大家都使用同樣的方法來測試不同的材料,而得出的結果,才有相比較的意義。

 

通過測試得出的熱阻R值,并不完全是真實的熱阻值。物理科學就是這樣,很多參數是無法真正的量化的,只是一個模糊的數學概念。通過這樣的模糊數據,人們可以將一些數據量化,而用于實際應用。 此處所說的模糊是數學術語,模糊表示最為接近真實的近似。

 

而同樣道理,根據熱阻值以及厚度,再計算出來的導熱率K值,也并不完全是真正的導熱率值。

 

傅力葉方程式,是一個完全理想化的公式。我們可用來理解導熱材料的原理。但實際應用、熱阻計算是復雜的數學模型,會有很多的修正公式,來完善所有的環節可能出現的問題。

 

總之:
        a. 同樣的材料,導熱率是一個不變的數值,熱阻值是會隨厚度發生變化的。
        b. 同樣的材料,厚度越大,可簡單理解為熱量通過材料傳遞出去要走的路程越多,所耗的時間也越多,效能也越差。
        c. 對于導熱材料,選用合適的導熱率、厚度是對性能有很大關系的。選擇導熱率很高的材料,但是厚度很大,也是性能不夠好的。最理想的選擇是:導熱率高、厚度薄,完美的接觸壓力保證最好的界面接觸。

 d、使用什么導熱材料給客戶,理論上來講是很困難的一件事情。很難真正的通過一些簡單的數據,來準確計算出選用何種材料合適。更多的是靠測試和對比,還有經驗。測試能達到產品要求的理想效果,就是最為合適的材料。

 e、不專業的用戶,會關注材料的導熱率;專業的用戶,會關注材料的熱阻值。 


導熱系數

導熱系數是指在穩定傳熱條件下,1m厚的材料,兩側表面的溫差為1度(K,°C,1小時內,通過1平方米面積傳遞的熱量,單位為瓦/?度(W/mK,此處的K可用°C代替)。

導熱系數與材料的組成結構、密度、含水率、溫度等因素有關。非晶體結構、密度較低的材料,導熱系數較小。材料的含水率、溫度較低時,導熱系數較小。

通常把導熱系數較低的材料稱為保溫材料,而把導熱系數在0.05/米度以下的材料稱為高效保溫材料。

導熱(熱導率)是反映材料導熱性能的物理量,它不僅是評價材料的熱學特性的依據,而且是材料在應用時的一個設計依據,在加熱器 、散熱器、傳熱管道設計、房屋設計等工程實踐中都要涉及這個參數。因為材料的熱導率不僅隨溫度、壓力變化,而且材料的雜質含量。結構變化都會明顯影響熱導率的數值,所以在科學實驗和工程技術中對材料的熱導率常用實驗的方法測定。內容。深圳華鎳免費提供材料樣品郵寄。

 

導熱系數單位換算

千卡/米·時·℃ [kcal/(m·h· ℃ )]

卡 / 厘米·秒·℃ [cal/(cm·s· ℃ )]

瓦 / 米· K[W/(m·K)]

焦耳 / 厘米·秒·℃ [J/(cm·s· ℃ )]

英熱單位 / 英尺·時·℉ [Btu/(ft·h· ℉ )]

1

2.78×10 -3

1.16

1.16×10 -2

0.672

360

1

418.7

4.187

242

0.8598

2.39×10 -3

1

10 -2

0.578

85.98

0.239

100

1

57.8

1.49

4.13×10 -3

1.73

1.73×10 -2

1

 

材料名稱

導熱系數W/mK

材料名稱

導熱系數W/mK

材料名稱

導熱系數W/mK

材料名稱

導熱系數W/mK

材料名稱

導熱系數W/mK

Si

150

ABS

0.25

空氣

0.010.04

導熱硅膠墊

0.83

 

 

SiO2

7.6

PA

0.25

水蒸汽

0.023

 

 

 

 

SIC

490

PC

0.2

0.50.7

 

 

 

 

GaAs

46

PMMA

0.140.2

硫酸525

0.470.5

 

 

 

 

GaP

77

PP

0.210.26

木材(縱向)

0.38

 

 

 

 

LTCC

2

PP+25%玻纖

0.25

木材(橫向)

0.140.17

 

 

 

 

AlN

150

軟質PVC

0.14

普通粘土磚

0.70.8

 

 

 

 

Al2O3藍寶石

45

硬質PVC

0.17

耐火磚

1.06

 

 

 

 

Kovar

17.3

PS

0.08

水泥沙

0.91.28

 

 

 

 

鉆石

2300

LDPE

0.33

瓷磚

1.99

 

 

 

 

317

HDPE

0.5

石棉

0.150.37

 

 

 

 

429

橡膠

0.190.26

玄武巖

2.18

 

 

 

 

純鋁

237

PU

0.25

花崗巖

2.63.6

 

 

 

 

純銅

401

純硅膠

0.35

石蠟

0.12

 

 

 

 

純鋅

112

中密度硅膠

0.17

石油

0.14

 

 

 

 

純鈦

14.63

低密度硅膠

0.12

瀝青

0.7

 

 

 

 

純錫

64

玻璃

0.51.0

紙板

0.060.14

 

 

 

 

純鉛

35

玻璃鋼

0.40

鑄鐵

4290

 

 

 

 

純鎳

90

泡沫

0.045

不銹鋼

17

 

 

 

 

3654

FR4

0.2

鑄鋁

138147

 

 

 

 

黃銅

70183

環氧樹脂

0.22.2

Al 6061

160

 

 

 

 

青銅

32153

 

 

Al 6063

201

 

 

 

 

 

 

 

 

Al 7075

130

 

 

 

 

 

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