Bagikan:
7 Konduktor Panas Utama
itu konduktor panas Yang utama adalah logam dan berlian, komposit matriks logam, komposit matriks karbon, karbon, grafit dan komposit matriks keramik..
Konduktivitas termal adalah properti material yang menggambarkan kemampuan untuk melakukan panas dan dapat didefinisikan sebagai: "Jumlah panas yang ditransmisikan melalui ketebalan unit material - dalam arah normal ke permukaan area unit - karena gradien suhu satuan dalam kondisi mapan "(The Engineering ToolBox, SF).
Dengan kata lain, konduksi termal adalah transfer energi termal antara partikel-partikel materi yang bersentuhan. Konduksi termal terjadi ketika partikel materi yang lebih panas bertabrakan dengan partikel materi yang lebih dingin dan mentransfer sebagian energi termal mereka ke partikel yang lebih dingin.
Mengemudi biasanya lebih cepat di padatan dan cairan tertentu daripada di gas. Bahan yang merupakan konduktor energi termal yang baik disebut konduktor termal.
Logam adalah konduktor termal yang sangat baik karena memiliki elektron yang bergerak bebas dan dapat mentransfer energi panas dengan cepat dan mudah (CK-12 Foundation, S.F.).
Secara umum, konduktor listrik yang baik (logam seperti tembaga, aluminium, emas dan perak) juga merupakan konduktor panas yang baik, sedangkan isolator listrik (kayu, plastik dan karet) adalah konduktor panas yang buruk..
Energi kinetik (rata-rata) dari molekul dalam tubuh yang hangat lebih tinggi daripada di tubuh yang paling dingin. Jika dua molekul bertabrakan, terjadi perpindahan energi dari molekul panas ke dingin.
Efek kumulatif dari semua tabrakan menghasilkan aliran panas bersih dari tubuh hangat ke tubuh terdingin (SantoPietro, S.F.).
Bahan konduktivitas termal yang tinggi
Bahan konduktivitas termal yang tinggi diperlukan untuk konduksi panas agar panas atau dingin. Salah satu kebutuhan paling kritis adalah industri elektronik.
Karena miniaturisasi dan peningkatan daya mikroelektronika, pembuangan panas adalah kunci untuk keandalan, kinerja, dan miniaturisasi mikroelektronika.
Konduktivitas termal tergantung pada banyak sifat material, terutama struktur dan suhunya.
Koefisien ekspansi termal sangat penting karena menunjukkan kemampuan suatu bahan untuk mengembang dengan panas.
Logam dan berlian
Tembaga adalah logam yang paling umum digunakan ketika bahan konduktivitas termal tinggi diperlukan.
Namun, tembaga mengasumsikan koefisien koefisien ekspansi termal (CTE) yang tinggi. Paduan Invar (64% Fe ± 36% Ni) sangat rendah dalam CET antara logam, tetapi sangat buruk dalam konduktivitas termal.
Berlian lebih menarik, karena memiliki konduktivitas termal yang sangat tinggi dan CET yang rendah, tetapi mahal (Thermal Conductivity, S.F.).
Aluminium tidak konduktif seperti tembaga, tetapi memiliki kepadatan rendah, yang menarik untuk aplikasi dan pesawat elektronik (misalnya, laptop) yang membutuhkan bobot rendah..
Logam adalah konduktor termal dan listrik. Berlian dan bahan keramik yang sesuai dapat digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan konduktivitas termal dan isolasi listrik, tetapi bukan logam.
Senyawa matriks logam
Salah satu cara untuk mengurangi CTE logam adalah dengan membentuk komposit matriks logam menggunakan pengisi CTE rendah.
Untuk tujuan ini, partikel keramik seperti AlN dan silikon karbida (SiC) digunakan, karena kombinasi konduktivitas termal yang tinggi dan CTE rendah.
Karena pengisi biasanya memiliki CTE yang lebih rendah dan konduktivitas termal yang lebih rendah daripada matriks logam, semakin tinggi fraksi volume muatan dalam komposit, semakin rendah CTE dan semakin rendah konduktivitas termal..
Senyawa matriks karbon
Karbon adalah matriks yang menarik untuk senyawa konduksi termal karena konduktivitas termal (meskipun tidak setinggi logam) dan CTE rendah (lebih rendah dari logam).
Selain itu, karbon tahan terhadap korosi (lebih tahan terhadap korosi daripada logam) dan beratnya rendah.
Keuntungan lain dari matriks karbon adalah kompatibilitasnya dengan serat karbon, berbeda dengan reaktivitas umum antara matriks logam dan muatannya.
Oleh karena itu, serat karbon adalah pengisi dominan untuk komposit matriks karbon.
Karbon dan grafit
Bahan karbon sepenuhnya diproduksi oleh konsolidasi karbon prekursor karbon yang berorientasi tanpa pengikat dan karbonisasi berikutnya dan grafisasi opsional, memiliki konduktivitas termal berkisar antara 390 dan 750 W / mK dalam Serat bahan..
Bahan lain adalah grafit pirolitik (disebut TPG) yang terbungkus dalam kulit struktural. Grafit (sangat bertekstur dengan sumbu c butir lebih disukai tegak lurus terhadap bidang grafit), memiliki konduktivitas termal pada bidang 1700 W / m K (empat kali lipat dari tembaga), tetapi secara mekanis lemah karena kecenderungan untuk potong bidang grafit.
Senyawa matriks keramik
Matriks kaca borosilikat menarik karena konstanta dielektrik yang rendah (4,1) dibandingkan dengan AlN (8,9), alumina (9,4), SiC (42), BeO (6,8), boron nitrida kubik (7.1), berlian (5.6) dan untuk kaca ± keramik (5.0).
Nilai konstanta dielektrik yang rendah diinginkan untuk aplikasi pengemasan elektronik. Di sisi lain, kaca memiliki konduktivitas termal yang rendah.
Matriks SiC menarik karena CTE-nya tinggi dibandingkan dengan matriks karbon, meskipun tidak konduktif secara termal seperti karbon..
CTE dari senyawa karbon + karbon terlalu rendah, sehingga mengurangi umur kelelahan pada aplikasi chip-on-board (COB) dengan chip silika.
Komposit karbon matriks SiC terdiri dari senyawa karbon-karbon yang mengubah matriks karbon menjadi SiC (Chung, 2001).
Referensi
- Chung, D. (2001). Bahan untuk konduksi termal. Rekayasa Termal Terapan 21 , 1593 ± 1605.
- Yayasan CK-12. (S.F.). Konduktor dan Insulator Termal. Diperoleh dari ck12.org: ck12.org.
- SantoPietro, D. (S.F.). Apa itu konduktivitas termal?? Diperoleh dari khanacademy: khanacademy.org.
- Kotak Alat Rekayasa. (S.F.). Konduktivitas Termal Bahan dan Gas umum. Diperoleh dari engineeringtoolbox: engineeringtoolbox.com.