Керамика теплопроводность: Теплопроводность алюминия и керамики

Содержание

Техническая керамика – часть 2

керамических материалов при их испытании на дефор* мацию под постоянной нагрузкой при повышающейся температуре. На рис. 2 кривая деформации различных по фазовому составу материалов имеет различный вид.

Как указывалось, на прочностные свойства керамики влияют ее структура и пористость. С повышением пори­стости все ее прочностные характеристики снижаются вследствие концентрации напряжений вокруг пор и уменьшения – контактной поверхности соприкосновения отдельных зерен (рис. 3). Керамика мелкозернистого строения, как правило, обладает большей прочностью, чем крупнозернистая, при одном и том же фазовом и химическом составе.

При оценке механических свойств керамики следует иметь в виду, что результаты измерений в значительной степени определяются методикой подготовки образца и проведения испытаний, в первую очередь степенью об­работки его поверхности, скоростью нагружения и ха­рактером распределения нагрузки.

§ 3. Теплофизические свойства

К теплофизическим свойствам керамики относятся ее теплоемкость, теплопроводность, тепловое расшире­ние, лучеиспускание.

Теплоемкость керамического ма­териала кристаллической структуры подчиняется зако­ну Дюлонга и Пти, по которому она приблизительно рав­на 24,7 Дж/(г-атом-К). Теплоемкость весьма сильно меняется при низких температурах и незначительно при высоких, особенно после 1000°С. Теплоемкость есть свойство самого вещества, она не зависит от структур­ных особенностей конкретного изделия, его пористости и плотности, размеров кристаллов и других факторов, поэтому теплоемкость единицы структурно различных, но одноименных по составу материалов одинакова.

Теплопроводность характеризует скорость перено­са теплоты керамическим материалом. Она очень раз­лична и зависит от состава кристаллической и стекло­видной фаз, а также от пористости. Теплопроводность материала принято характеризовать уравнением теплово­го потока

*, = Q6/[tF (k-t2)],

где Q — количество теплоты, Вт; б — толщина стенки, см; F — пло­щадь прохождения теплового потока, см2″, т — время; 11, f2— темпе­ратура, °С, соответственно на горячей и холодной поверхностях.

Теория теплопроводности основана на представле­нии о переносе теплоты в твердых неметаллических телах тепловыми упругими волнами—фононами. Тепло­проводность вещества зависит от длины свободного про­бега фононов и степени нарушения гармоничности коле­баний тепловых волн во время их прохождения через данное вещество. В связи с этим степень теплопровод­ности определяют структура вещества, число и вид ато­мов и ионов, рассеивающих волновые колебания. Кри­сталлы с более сложным строением решетки, как пра­вило, имеют более низкую теплопроводность, так как степень рассеивания тепловых упругих волн в такой ре­шетке больше, чем в простой. Снижение теплопроводно­сти наблюдается также при образовании твердых рас­творов, так как при этом возникают дополнительные центры рассеивания тепловых упругих волн. В стеклах, характеризующихся разупорядоченным строением, дли­на пробега фононов не превышает межатомных рассто­яний, и теплопроводность стекла соответственно мень­ше, чем теплопроводность керамического материала, со­держащего, как правило, значительное количество кри­сталлических фаз.

Особенно важно учитывать при применении керами­ки изменение теплопроводности во время ее нагрева. Общая закономерность здесь такая: теплопроводность спеченной керамики кристаллического строения, особен­но оксидной, с повышением температуры, как правило, сильно падает. Исключение составляет диоксид цирко­ния, теплопроводность которого с повышением темпера­туры возрастает. Теплопроводность стекла, а также ке­рамики, содержащей значительное Количество стекла, например муллитокремнеземистой, с повышением тем­пературы увеличивается. На рис. 4 показано изменение теплопроводности некоторых видов керамики в зависи­мости от температуры. Теплопроводность пористой теп­лоизоляционной керамики, изготовляемой из чистых ок­сидов,— основное свойство, по которому определяют область ее применения. Теплопроводность тесно связа­на с пористостью.

Термическое расширение керамики — следствие уве.-’ лличения амплитуды колебаний ее атомов или ионов от­носительно их среднего положения, происходящих под влиянием температуры. Поэтому температурный коэф­фициент линейного расширения ТКЛР керамики (далее употребляется «коэффициент линейного расширения») непостоянен при любой температуре. Для подавляюще-

«ir f

r

л *

It

I!

k ti

Рис. 5. Линейное расширение некоторых видов технической керамики (Zr02 в зависимости от степени его стабилизации)

■—– I____ 1___ 1

Ш 800 1200 К00 2000 Температура, ‘С

§ 0 400 800 1200 IfiOO 200П. Тенпературп’С

Рис. 4. Теплопроводность не­которых видов керамики

1 — ВеО плотноспекшийся; 2 — SiC; 3 — MgO плотноспекшийся; 4 — AlaOj, корунд; В — ZrO? стабилизи­рованный плотноспекшийся

“if :ii 5 11.

t ii, if К

го большинства керамических материалов он повыша­ется с температурой (рис. 5). Различают истинный ко­эффициент линейного расширения и средний, т. е. от­несенный к определенному интервалу температур:

Онст=(1/1) {dL/d Т)

Обычно измеряется не объемный, а линейный коэф­фициент, практически составляющий 1/з объемного. Это отношение справедливо для изотропных поликристалли­ческих материалов, в том числе и керамических.

Термическое расширение большинства монокристал­лов, как известно, анизотропно. В кристаллах с кубиче­ской решеткой расширение происходит равномерно по всем направлениям, как, например, у MgO. Однако сре­ди керамических материалов есть такие, у которых ани­зотропия термического расширения выражена очень сильно. В частности, у широко распространенных корун­да а-А1203 и муллита 3Al203-2Si02 также наблюдается анизотропия. Асимметрия строения кристаллической ре-

°cp = i/1 — LtJLtt Cs — Mi­ls-некоторых случаях для наглядности коэффициент линейного расширения удобно выразить в процентах (%):

Таблица 2. Средние значения коэффициента линейного расширения

, Керамика

Фор­мула

T”l

0 О

1 1 Т о

esi

ь

Керамика

Формула

(OoOOOI — OS)

j_o0-»oi-»

Пернклазовая

MgO

13,8

Шпинельная

MgO-AbOj

8,6

Из диоксида цир­

Zr02

10

Муллитовая

3Ab03-2Si02

5. 3

кония (стабилизи­

Цнрконовая

ZrOjOs’SiOi

4.2

рованная)

ВеО

9

Кордиернто-

2MgO • 2 AJ2O3 • 5S i О2

. 1

Из оксида берил­

вая

1.5

лия

8-8.5

Сподуменовая

Lis-AI203-4Si02

Корундовая

ai2o3

Кварцевое

SiO;

0.5

стекло

шетки приводит к тому, что коэффициент линейного рас­ширения в одном из направлений может оказаться ■отрицательным, а объемное расширение поликристалличе­ской керамики очень мало. Такими материалами явля­ются, например, кордиерит 2MgO • 2А12

Керамические материалы представляют собой поли­кристаллические тела. возможным. Действительно, температурные перепады и скорость’ изменения температуры этих изделий бывают совершенно несопоставимы, и едва-ли может быть еди­ный критерий оценки их термической стойкости. Однако качественная сторона процесса изменения свойств й разрушения изделия под влиянием резких Температур – ных перемен в основном одинакова для всех керамиче­ских материалов и почти во всех случаях.

Разрушение керамического изделия под влиянием температурных перемен происходит в результате напря­жений, возникающих в материале этого изделия. Такие напряжения могут вызываться разными причинами и иметь различный характер. Главные из этих причин: различие температуры в разных частях нагреваемого или охлаждаемого изделия, т. е. наличие температурно­го перепада; разные значения TKJIP компонентов в мно­гофазовой керамике; ограничение возможности расши­рения.

Изделия разрушаются в том случае, если возника­ющие при термическом напряжении силы растяжения, сжатия или сдвига превосходят пределы допустимой прочности материала этого изделия.

В общем виде, если не учитывать размерные и струк­турные особенности керамики и условия ее испытания, термическая стойкость керамики может быть охаракте­ризована некоторым коэффициентом термической стой­кости:

К = А. о/с у а Е,

где X — теплопроводность; а — предел прочности при разрыве; с — теплоемкость; у—плотность; а — TKJIP; Е — модуль упругости.

Из этой формулы следует, что термическая стойкость материала возрастает с увеличением его теплопроводно­сти и механической прочности и снижается с увеличе­нием коэффициента линейного расширения, модуля упругости и кажущейся плотности. Теплоемкость опреде­ленного материала постоянна. Однако эта формула, вы­ражая общую закономерность -’ изменения термической прочности изделий, не может дать сравнимых результа­тов, определяющих термическую стойкость керамиче­ских изделий.

Термическая стойкость различных видов изделий тех­нической керамики в настоящее время оценивается по различным методикам. В их основе лежат следующие критерии:

1) число теплосмен, при котором изделие разруша­ется полностью или частично при нагревании до темпе­ратуры со скоростью п, град/мин, и последующем медленном или резком охлаждении на воздухе или в другой среде.

Эта методика определения термической стойкости довольно распространена и стандартизована для испытания массовых видов огнеупоров при нагреве до 800°С и охлаждении в воде при 20°С. В различных образцах, отличающихся размером и формой, темпера­турой, средой и скоростью нагрева и охлаждения, этот метод находит широкое применение;

2) потеря механической прочности специально подго­товленного образца (чаще всего балочки) после ряда последовательных нагревов и охлаждений до различных температур с различной скоростью и в различной среде. Термическая прочность выражается как потеря механи­ческой прочности в процентах к первоначальной после определенного числа теплосмен. Этот метод применяют для относительной оценки термической стойкости мате­риала главным образом в научных экспериментах;

3) предельный температурный перепад, при котором изделие разрушается или частично теряет необходимые технические свойства (например, вакуумную плотность, электрическую прочность). Этот метод наиболее широко применяют для определения термической стойкости электроизоляционных изделий, вакуумной керамики.

На термическую стойкость керамики сильно влияет ее макро – и микроструктура. Материал с зернистой струк­турой, как правило, более термостоек, чем плотный. В плотных спекшихся материалах заметна определенная тенденция к улучшению их термостойкости при крупной кристаллизации основной фазы (например, в корунде).

§ 4. Электрофизические свойства

Важнейшими электрофизическими свойствами элект­роизоляционной керамики, как и всякого диэлектрика, являются диэлектрическая проницаемость е, темпера­турный коэффициент диэлектрической проницаемости ТК е, удельное объемное и поверхностное сопротивле­ние pv и ре, диэлектрические потери, выражаемые чаще всего через тангенс угла диэлектрических потерь tg6, электрическая прочность или пробивная напряженность (Упр.

Электрофизические свойства керамики самым тесным образом связаны с составом и структурой кристалличе­ских фаз, образующих данный вид керамики, с составом /стекловидного вещества и соотношением кристаллической и стекловидной фаз в керамике. Кристаллические фазы керамических материалов в подавляющем большинстве случаев характеризуются преимущественно ионными связями. Ковалентные связи присуши лишь определен­ным классам соединений, в основном некоторым бескис – /.

/

/

лородным соединениям. Свободные электроны в кера­мических материалах в противоположность металлам почти полностью отсутствуют.

Специальные виды керамики, предназначенные для электрической. изоляции в тех или иных условиях, отли­чаются от массовых видов керамики и огнеупоров повы­шенными электрофизическими свойствами. Эти свойст­ва получают, применяя сырьевые и искусственные мате­риалы соответствующей чистоты, тщательно подготав­ливая и перерабатывая массы и обжигая изделия в строго регламентированных условиях.

Диэлектрическая проницаемость. Относительную ди­электрическую проницаемость определяют как отноше­ние зарядов на обкладках конденсатора при замене пла­стин из данного диэлектрика на вакуум.

е = Qm/Qb,

где Qm — заряд конденсатора с пластинкой из диэлектрика; Qn — заряд конденсатора с вакуумом.

Такое изменение электрической емкости конденсато­ра происходит в результате явления поляризации ди­электрика.

Поляризация представляет собой процесс смещения структурных элементов (электронов, атомов, ионов и др.) кристаллической решетки со своего нормального поло­жения под влиянием электрического поля. В результа­те взаимодействия с внешним электрическим полем про­исходит нарушение и перераспределение электростати­ческих сил, действующих внутри кристалла, при сохра­нении его общей нейтральности. Механизм поляризации может быть различен в зависимости от того, какие струк­турные элементы участвуют в процессе поляризации. В керамических материалах имеются следующие основ­ные виды поляризации: электронная, ионная, электрон­но – и ионно-релаксационная, спонтанная (самопроиз­вольная). Степень поляризации керамического диэлект­рика и его поляризуемость в целом складываются-как сумма поляризаций каждого вида. Диэлектрическая проницаемость керамики отражает ее поляризуемость.

Электронная поляризация представляет собой упру­гое смещение центра тяжести и деформацию отрицатель­но заряженного электронного облака под влиянием элек­трического поля. Электронная поляризация протекает практически мгновенно, не связана с потерей энергии и для большинства видов керамики не является характер­ной.

Керамические подложки из оксида бериллия (BeO)

Керамические подложки из оксида бериллия (BeO)

Главная

/ Продукция

/ Керамические подложки

/ Керамические подложки на основе оксида бериллия (BeO)

Керамические подложки на основе оксида бериллия (BeO)

Оксид бериллия [BeO] обладает уникальной комбинацией тепловых, электрических, оптических и механических свойств, которые используются для широкого спектра применений: от систем теплового управления и интегрированной электроники до высокотемпературных огнеупорных компонентов и ядерных реакторов. У оксида бериллия нет аналогов среди оксидно-керамических материалов по теплопроводности.

Керамика на основе BeO обладает теплопроводностью, превышающей теплопроводность многих металлов, уступая только меди и серебру. При этом теплопроводность BeO в 10 раз выше, чем у Al2O3, и в 1,5 раза выше, чем у AlN.

Диэлектрическая постоянная ниже, чем у оксида и нитрида алюминия. В связи с чем, BeO является отличным изолятором с объемным сопротивлением порядка 1014…1018 Ом∙см, которое зависит от чистоты материала.

Помимо высокой теплостойкости, ВеО обладает отличной прочностью с высокими значениями удельной жесткости.

Керамика на основе оксида бериллия BeO выпускается согласно ТУ23.43. 10-008-34576770-2017 под торговыми марками ОБК-97 и ОБК-100.


Характеристики

Свойства

Материал

BeO

Цвет

белый

Объемная плотность

г/см3

≥ 2,85

Шероховатость шлифованной поверхности (Ra)

мкм

Шероховатость полированной поверхности (Ra)

мкм

Механические характеристики

Прочность на изгиб

МПа

≥ 180

Физические характеристики

Коэффициент теплового расширения (25-1000°C)

10 -6 /°C

7,0 ~ 8,5

Теплопроводность (25°C)

Вт/м∙°K

≥ 230

Удельная теплоемкость

Дж/кг*К

Сопротивление тепловому удару

С

800

Диэлектрическая прочность

 кВ/мм

≥ 18

Объемное сопротивление (25 С)

Ом∙см

≥ 1014

Диэлектрическая постоянная (1 МГц)

6,5 ~ 7,3

Диэлектрические потери (1МГц, 25°C)

∙10 -4

≤ 4

Технологические характеристики

DBC технология

Толстопленочная технология

Тонкопленочная технология



Область применения

Подложки на основе оксида бериллия, могут использоваться для следующих целей:

  • в качестве плат для радиотехнических устройств, работающих с СВЧ-излучением. Основание для изготовления «ламп бегущей волны»;
  • подложки для твердотельных излучателей;
  • создание интеграционных микросхем для рентгенотехнических устройств;
  • в качестве корпуса для нагревательных элементов;
  • подложка для датчиков ионизирующего излучения.

Смотрите также

AL2O3 Оксид алюминия BK-94, BK-96, BK-100

ALN Нитрид алюминия 170, 200, 230

Si3N4 Нитрид кремния

ZrO2 Оксид циркония

BeO Оксид бериллия 275, 285, 325

SiC Карбид кремния

Подложки с высокой диэлектрической проницаемостью
микроволновая керамика


Это поле обязательно для заполнения

Телефон *

Это поле обязательно для заполнения

Загрузить файл *

Это поле обязательно для заполнения

Запрещено загружать файл данного типа

Введите символы, изображённые на картинке: *

Введён неправильный защитный код.

Необходимо ваше согласие на обработку персональных данных

Нажимая на кнопку “Отправить сообщение” даю согласие на обработку персональных данных

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ВЕО-КЕРАМИКИ В ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКЕ — Научно-исследовательский портал Уральского федерального университета

Обсуждены перспективы применения керамики ВеО в электронной и других областях техники и специального приборостроения. При использовании ВеО-керамики в электронной технике одним из основных параметров является ее высокая теплопроводность. Керамика ВеО в температурном интервале 300 – 630 К обладает наибольшими значениями теплопроводности среди всех керамических материалов, используемых в электронной технике. Исследована теплопроводность 170 керамических образцов из ВеО-керамики с одинаковыми конфигурацией и размерами, полученных из одной партии исходного порошка ВеО. Установлено, что на значения теплопроводности определяющее влияние оказывает средний размер микрокристаллов и плотность полученных образцов

Язык оригиналаРусский
Страницы (с-по)12-16
Число страниц5
ЖурналСтекло и керамика
Номер выпуска11
СостояниеОпубликовано – 2014

  • 61.35.00 Технология производства силикатных и тугоплавких неметаллических материалов
  • Перечень ВАК
  • APA
  • Author
  • BIBTEX
  • Harvard
  • Standard
  • RIS
  • Vancouver

Кийко, В. С., & Вайспапир, В. Я. (2014). ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ВЕО-КЕРАМИКИ В ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКЕ. Стекло и керамика, (11), 12-16.

@article{295ea50c4c3f4d80bd9e768ce07afe3a,

title = “ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ВЕО-КЕРАМИКИ В ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКЕ”,

abstract = “Обсуждены перспективы применения керамики ВеО в электронной и других областях техники и специального приборостроения. При использовании ВеО-керамики в электронной технике одним из основных параметров является ее высокая теплопроводность. Керамика ВеО в температурном интервале 300 – 630 К обладает наибольшими значениями теплопроводности среди всех керамических материалов, используемых в электронной технике. Исследована теплопроводность 170 керамических образцов из ВеО-керамики с одинаковыми конфигурацией и размерами, полученных из одной партии исходного порошка ВеО. Установлено, что на значения теплопроводности определяющее влияние оказывает средний размер микрокристаллов и плотность полученных образцов”,

author = “Кийко, {Виктор Степанович} and Вайспапир, {В. Я.}”,

year = “2014”,

language = “Русский”,

pages = “12–16”,

journal = “Стекло и керамика”,

issn = “0131-9582”,

publisher = “Общество с ограниченной ответственностью {“}Издательство {“}Ладья{“}”,

number = “11”,

}

Кийко, ВС & Вайспапир, ВЯ 2014, ‘ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ВЕО-КЕРАМИКИ В ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКЕ’, Стекло и керамика, № 11, стр. 12-16.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ВЕО-КЕРАМИКИ В ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКЕ. / Кийко, Виктор Степанович; Вайспапир, В. Я.

В: Стекло и керамика, № 11, 2014, стр. 12-16.

Результат исследований: Вклад в журнал › Статья › рецензирование

TY – JOUR

T1 – ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ВЕО-КЕРАМИКИ В ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКЕ

AU – Кийко, Виктор Степанович

AU – Вайспапир, В. Я.

PY – 2014

Y1 – 2014

N2 – Обсуждены перспективы применения керамики ВеО в электронной и других областях техники и специального приборостроения. При использовании ВеО-керамики в электронной технике одним из основных параметров является ее высокая теплопроводность. Керамика ВеО в температурном интервале 300 – 630 К обладает наибольшими значениями теплопроводности среди всех керамических материалов, используемых в электронной технике. Исследована теплопроводность 170 керамических образцов из ВеО-керамики с одинаковыми конфигурацией и размерами, полученных из одной партии исходного порошка ВеО. Установлено, что на значения теплопроводности определяющее влияние оказывает средний размер микрокристаллов и плотность полученных образцов

AB – Обсуждены перспективы применения керамики ВеО в электронной и других областях техники и специального приборостроения. При использовании ВеО-керамики в электронной технике одним из основных параметров является ее высокая теплопроводность. Керамика ВеО в температурном интервале 300 – 630 К обладает наибольшими значениями теплопроводности среди всех керамических материалов, используемых в электронной технике. Исследована теплопроводность 170 керамических образцов из ВеО-керамики с одинаковыми конфигурацией и размерами, полученных из одной партии исходного порошка ВеО. Установлено, что на значения теплопроводности определяющее влияние оказывает средний размер микрокристаллов и плотность полученных образцов

UR – https://elibrary.ru/item.asp?id=22562688

M3 – Статья

SP – 12

EP – 16

JO – Стекло и керамика

JF – Стекло и керамика

SN – 0131-9582

IS – 11

ER –

Битва “воронок”. Пластик VS Керамика — The Welder Catherine

Какую воронку выбрать – пластиковую или керамическую?

Если вкратце – пластиковые воронки лучше любых других. Они медленнее отбирают тепло у воды, которой мы готовим кофе; они могут поглотить меньше тепла в принципе; а ещё они медленнее передают это тепло окружающей среде.

Разобраться в том, почему дела обстоят именно так, нам поможет физика.

Есть три фактора, которые определяют, сколько тепла потеряет наша экстракция из-за воронки:

– Теплопроводность – мера того, насколько быстро материал воронки поглощает тепло и распределяет его внутри себя;

– Удельная теплоемкость – мера того, сколько тепловой энергии нужно, чтобы изменить температуру воронки на один градус;

– Теплопотеря с поверхности – мера того, насколько быстро воронка отдает тепло окружающей среде.

Теплопроводность.


Возможно, вы запомнили ещё со школьных уроков физики, что пластик – это отличный изолятор, а металл – отличный проводник. Стекло и керамика находятся примерно между пластиком и металлом.

Теплопроводность материалов:

1.   Пластик 0.2 Вт

2.   Стекло 1 Вт

3.   Керамика 4-5 Вт

4.   Нержавеющая сталь 16 Вт

Теплопроводность керамики в 20-25 раз выше, чем у пластика. Это значит, что тепло будет гораздо быстрее уходить из воды, которой мы готовим кофе, в керамическую воронку.

Удельная теплоемкость


Далее рассмотрим, сколько энергии в принципе могут вобрать в себя воронки из разных материалов. Эта величина называется удельной теплоемкостью и измеряется в Дж/(кг·К) – иными словами, сколько джоулей энергии пойдет на то, чтобы изменить температуру одного килограмма материала на один градус.

Удельная теплоемкость материалов:

1. Пластик 1250 Дж
2.Стекло 753 Дж
3. Керамика 1085 Дж
4.Нержавеющая сталь 490 Дж

Итак, чтобы повысить температуру одного килограмма пластика на один градус, потребуется больше энергии, чем для всех остальных материалов. Также учтем тот факт, что обычная керамическая воронка весит примерно в четыре раза больше пластиковой воронки, так что, чтобы повысить её температуру на один градус, потребуется примерно в 3,5 раза больше тепла, чем для пластиковой воронки.

На этом моменте спотыкаются многие бариста: часто можно услышать, что они используют керамические воронки «потому, что они удерживают больше тепла». Но на самом деле в этом нет ничего хорошего – воронка, в которую «влазит» больше тепла, будет забирать больше тепла из воды, которой мы готовим кофе.

По этой же причине керамическая чашка совсем не «удерживает температуру» эспрессо, как часто говорят — если вы хоть раз в жизни пробовали эспрессо из бумажного стаканчика, то возможно заметили, что он намного горячее, чем из чашки. А всё потому, что сколько угодно прогретая керамическая чашка очень быстро забирает из эспрессо большое количество тепла.

Теплопотеря с поверхности

Тепло переходит из воронки в окружающую среду двумя путями – посредством конвекции и излучения.
Скорость конвекции зависит от температуры поверхности, которая отдает тепло – чем выше температура этой поверхности в градусах, тем быстрее она будет терять тепло. Материалы с более высокой теплопроводностью будут быстрее распределять тепло внутри себя, и в результате это тепло быстрее дойдет до поверхности – зоны контакта с воздухом.
Как мы уже знаем, материалы с более низкой удельной теплоемкостью сильнее разогреваются на одну единицу тепла; следовательно, когда тепло доходит до поверхности таких материалов, её температура вырастет на большее количество градусов. В итоге пластик, который обладает более низкой теплопроводностью и более высокой удельной теплоемкостью, потеряет посредством конвекции гораздо меньше тепловой энергии, чем другие материалы.
Скорость теплопотери посредством излучения зависит не только от материала и температуры поверхности, но и от его структуры (включая степень отполированности), так что её сложно рассчитать. При одинаковой температуре стекло, керамика и пластик будут излучать одинаковое количество тепла. Сталь излучает немного меньше тепла, но это перекрывает тот факт, что у стали высокая теплопроводность и низкая удельная теплоемкость – а значит, стальная поверхность разогреется гораздо быстрее. К тому же, максимально посредством излучения может быть потеряно примерно в два раза меньше тепла, чем посредством конвекции.

Что насчет воронок с теплоизоляцией?

Воздух – это гораздо более эффективный изолятор, чем все эти материалы; его теплопроводность составляет примерно 0,02 Вт/(м·K). Существуют воронки, которые пользуются этим преимуществом: воронки с двойными стенками содержат воздух в зазоре между стенок, а открытые металлические каркасные конструкции сводят к минимуму площадь твердого материала, которая контактирует с фильтром, открывая доступ воздуху. До некоторой степени такие воронки помогают сохранить тепло, но их всё равно лучше всего было бы изготавливать из пластика.

В случае стеклянных воронок с двойными стенками, большая масса стекла всё равно впитает много тепла, прежде чем в игру вступит воздушная прослойка. Пластик бы справился с этой задачей гораздо лучше.

В случае металлических каркасных воронок, площадь поверхности металла остается довольно большой, так что он всё равно впитает какое-то количество тепла из воды и рассеет его в окружающей среде. Также к конвекции и излучению добавится теплопотеря посредством испарения, которое происходит на внешней поверхности фильтра (там, где фильтр контактирует с воздухом), а так огромное количество тепла уходит в окружающую среду. Если бы такие воронки делали из чего-то вроде пенополистерола, вышло бы и дешевле, и эффективнее.

Итог

Как видим, пластиковые воронки победили во всех номинациях – они медленнее вбирают тепло из воды, которой мы готовим кофе (меньшая теплопроводность), в них «влазит» меньшее количество тепла (высокая удельная теплоемкость), а также они медленнее отдают тепло окружающей среде (низкая теплопотеря). Конечно, какую-то роль играет и дизайн воронки – в особенности её вес и общая площадь поверхности, – но при любых конструктивных решениях самым логичным материалом для изготовления воронок всё равно остается пластик.

Сравнение газобетона и теплой керамики

Газобетон и теплая керамика являются большими конкурентами на рынке строительных материалов, и обычному самостройщику, чтобы построить дом, нужно сперва сравнить их. В данном обзоре мы постараемся пройтись по всем аспектам строительства из автоклавного газоблока и теплой(поризованной) керамики.

Итак, для начала определимся, что важно человеку, который хочет построить для себя дом. Люди хотят построить себе дом как можно дешевле, быстрее, теплее, долговечней и без проблем в процессе эксплуатации. И все эти вопросы мы рассмотрели по следующим пунктам:

  1. Состав материалов(экологичность).
  2. Плотность (вес).
  3. Геометрия блоков.
  4. Требование к фундаменту.
  5. Теплопроводность.
  6. Теплоемкость.
  7. Прочность.
  8. Звукоизоляция.
  9. Огнестойкость.
  10. Удобство резки.
  11. Скорость кладки.
  12. Наличие армопояса.
  13. Водопоглощение.
  14. Морозостойкость.
  15. Крепление крепежей.
  16. Затраты на отделку.
  17. Стоимость.

Состав материалов

Керамические блоки являются экологическими и состоят из специальной глины, которую обжигают в печах при высокой температуре.

Автоклавный газобетон состоит из цемента, песка и газообразующих добавок (алюминиевая пудра и известь). В процессе производства, под высоким давлением насыщенного пара и температуры, алюминиевая пудра и известь реагируют между собой и нейтрализуются, создавая в газобетоне поры.

Все эти компоненты в целом создают искусственный камень – тобермарит, который также является абсолютно экологическим материалом.

Плотность (вес)

Керамические блоки обладают плотностью около 900 кг/куб. Газобетонные блоки могут быть различной плотности. В частном строительстве применяют газобетон плотностью от D300 до D600. Чем плотность ниже, тем меньше прочность на сжатие, но тем лучше сохраняется тепло.

Низкая плотность блоков, при одинаковой толщине, обеспечивает более легкий дом, что требует менее массивного фундамента, то есть, экономия на бетоне.

Теплопроводность

Теплопроводность является одной из самых важных характеристик внешних стеновых блоков, чем теплопроводность меньше, тем лучше сохраняется тепло в доме, и тем меньше затраты на отопление.

По СНиПу считается, что для средней полосы России, сопротивление теплопередаче стены должно составлять 3,2 м2 С°/Вт.

Такое сопротивление теплопередаче обеспечивается следующими стеновыми блоками:

  • Газобетон D300 – 300мм.
  • Газобетон D400 – 400мм.
  • Газобетон D500 – 500мм.
  • Теплая керамика – 500 мм.

Если смотреть на теплопроводность не отдельно взятого блока, а стены в целом, то играет роль еще и толщина швов. Чем швы тоньше, тем теплее стена. В газобетоне клеевой шов получается около 2 мм, что сводит к минимуму мостики холода.

В теплой керамике швы будут около сантиметра, что сильно ухудшает тепловое сопротивление стены при кладке на обычный раствор. Потому для кладки керамических блоков применяют специальный теплый раствор, который намного лучше сохраняет тепло.

Стоимость клея для газобетона и теплого раствора для керамики примерно одинакова, но расход клея для газобетона в 5 раз меньше. Но стоит отметить, что в газобетоне вертикальные шва нужно заполнять, а в теплой керамике не нужно, что экономит теплый раствор примерно на 30%.

Теплоемкость

Теплоемкость зависит от плотности материала, чем плотность выше, тем больше теплоемкость. Теплоемкость больше у керамических блоков, то есть, тепло будет сохраняться дольше, но и прогреваться будет дольше. Для дома с круглогодичным проживанием, теплоемкость практически не важна.

Прочность

Газобетон является очень пористым материалом, из-за чего он хрупкий, и имеет плохую прочность на изгиб, что часто является причиной усадочных трещин. Чтобы такого не происходило, газобетон приходится армировать, и использовать армопояс.

Но стоит отметить, что прочности на сжатие газобетонов D400 и D500 вполне хватает для возведения двухэтажного дома. Качественный автоклавный газобетон D400 обладает классом прочности на сжатие – B2,5.

В качественной теплой керамике, класс прочности на сжатие составляет B5 или B7.5, что в два-три раза выше чем у газоблока D400. То есть, из керамических блоков можно строить более высокие дома, этажностью до 9 этажей. Так что по прочности на сжатие выигрывает теплая керамика.

Удобство распиливания

Газобетон является более хрупким и мягким материалом, от того и работать с ним проще, и распиливать его намного проще. Газобетон можно пилить обычной ручной пилой, а для распила теплой керамики нужно применять специальные электроинструменты, к примеру, пилу “алигатор”.

С точки зрения самостройщика, газобетон намного проще пилить и делать в нем штробы.

Геометрия блоков

Заводской автоклавный газобетон имеет отклонение в размерах блоков 1-2мм.

У теплой керамики отклонение (4-5мм). То есть газобетон намного ровнее по всем плоскостям, что позволяет делать более тонкие швы и наносить меньший слой штукатурки.

Удобство и скорость кладки

Для кладки газоблока применяется тонкошовный клей, расход которого очень невелик. Можно замешать целое ведро клея, нанести тонкий слой, и быстро выложить на него около 10 блоков газобетона. Далее теркой идеально выравниваете плоскость газоблоков, выравнивание рядов происходит очень быстро. Из недостатков кладки газоблока отметим требование к армированию самой кладки и наличие армопояса. Более подробно про это читайте в нашей отдельной статье.

Для кладки керамоблоков применяется раствор, которого нужно замешивать намного больше, швы получаются в 5 раз толще, что связано с большой погрешностью в геометрии блоков (4-5мм). Для теплой керамики не требуется промазка вертикальных швов, так как там присутствуют пазы.

Стоит отметить, что газобетонные блоки намного крупнее, что опять же ускоряет кладку.

Газоблок – (600*250*200).

Теплая керамика – (380*250*220). 

Как итог, сами газобетонные блоки укладываются намного проще, быстрее и экономней по клею. Но газобетон требует армирование рядов и армопояс под перекрытия. Но даже с учетом этого, газобетон немного выгоднее по трудозатратам. 

Водопоглощение

Хоть газобетон и является пористым материалом, воду он впитывает слабо. Это связано с капиллярным подсосом газобетона, который составляет всего 30 мм. То есть, если газобетон находится под проливным дождем, он промокнет максимум на 30 мм. В одинаковых условиях, кирпич и теплая керамика напитаются водой намного сильнее, так как капиллярный подсос у них намного больше.

Если рассмотреть капиллярный подсос газобетона более подробно, то причиной такого хорошего показателя являются сами поры, которые прерывают мелкие капилляры, затрудняя прохождение воды в толщу блока.

Стоит отметить, что свежий автоклавный заводской газобетон выходит из завода очень мокрым, влажность его составляет около 40%. Связано это с тем, что в автоклавах создается огромное давление водяного пара, которое и насыщает газобетон.

Полное высыхание газобетона до равновесной влажности происходит примерно за два года, зависит это от толщины стены, плотности газобетона и прочим факторам.

Внешнюю отделку газобетона лучше начинать на следующий год, когда газобетон частично высохнет.

Морозостойкость

Морозостойкость теплой керамики и газобетона сопоставима, и производители заявляют класс морозостойкости не менее F50.

Средние слои газобетона ни при каких обстоятельствах не могут наполнится водой. По многочисленным испытаниям, качественные газобетонные блоки выдерживают от 50 циклов заморозки/оттаивания без потерь физико-механических свойств.

Физика данного процесса такова, что, когда вода в порах замерзает, лишняя вода адсорбционно под давлением занимает свободное пространство в других порах, не разрывая поры на части. В результате, газобетон выдерживает множество циклов замерзания-оттаивания.

Главное, чтобы вода не попадала на газобетон сверху, так как она там может застоятся, не успеть впитаться и при замораживании разрушить наружные поры газобетона.

Огнестойкость

И газобетон, и теплая керамика являются огнестойкими, и не поддерживают горение.

Материалы способны выдерживать длительные пожары без существенной потери несущей способности.

Звукоизоляция

Газобетон, в виду своей низкой плотности, является плохим звукоизолятором, потому, для перегородок между жилыми комнатами лучше использовать полнотелый кирпич. Теплая керамика в плане звукоизоляции лучше, но она также проигрывает обычному полнотелому кирпичу.

Крепление крепежей

Ходят слухи, что на газобетон нельзя ничего повесить, и что обычный гвоздь или шуруп вырывается без малейших усилий. С одной стороны, это так и есть, но если использовать специальные дюбеля по газобетону или химические анкеры, то вопрос с крепежом отпадает. Так как небольшой дюбель на вырывание показывает нагрузку около 150 кг, а химический анкер может выдержать до полтонны.

В поризованной керамике пластмассовые дюбеля держаться хуже чем в газобетоне, чтобы не быть голословными, очень рекомендуем вам посмотреть тестирование крепежей на газоблоке и теплой керамике в видео на 29 минуте.

Затраты на отделку

Если в качестве внешней или внутренней отделки вы планируете использовать штукатурку, то ее слой будет тоньше в том случае, где стена более ровная, то есть, где блоки ровнее, там будет и меньший расход штукатурки. В плане количества штукатурки, выигрывает газобетон, но для него нужно использовать специальную тонкослойную, с хорошей паропроницаемостью штукатуркой, которая дороже. 

То есть, в газобетоне расход штукатурки будет меньше, а сама штукатурка дороже. В итоге, по штукатурке выйдет одинаковая стоимость как для газоблока, так и для теплой керамики.

В газобетонных стенах намного быстрее и проще делать штробы под провода, розетки и трубы.

Стоимость

Теперь перейдем к самому важному вопросу – стоимости блоков и общей стоимости готового дома.

Стоимость кубометра керамоблоков и газоблоков примерно одинакова. Но, для достижения нужного теплового сопротивления нужно 400мм газоблока D400 или 500 мм керамических блоков. То есть, газобетона D400 нужно на 20% меньше.

Клея для кладки газобетона уйдет примерно в 4 раза меньше, что опять же экономия. Но, для кладки газобетона нужно использовать арматуру для армирования рядов, а также армопояс. Но в целом, дом из газобетона получается дешевле, быстрее, и для самостройщика проще. Но это только наше субъективное мнение. Принимайте свое решение самостоятельно, и покупайте материал, который вам больше подходит.

Газоблок против керамики(видео)

Теплопроводность керамических блоков (Поротерм): коэффициент, теплопередача поризованного кирпича

Керамический кирпич производится полнотелым и пустотелым. Структура влияет на эксплуатационные свойства строительного материала и характеристики стен из выбранного вида кирпича. В зависимости от климатических условий, они должны надежно сохранять температуру внутри помещений и обладать высокими теплоизоляционными свойствами. Способность кирпича к передаче тепла зависит от его плотности. Теплопроводность керамического кирпича с отверстиями выше, чем у полнотелого.

Определение термина

В физике теплопроводностью называется способность тела (в нашем случае, поризованного блока) проводить тепло от более нагретых частей к менее нагретым. Количественно она выражается в величине, называемой коэффициентом теплопроводности и обозначается как Вт/(м*С). Еще одни вариант международного обозначения – греческая буква λ (лямбда).

Проще говоря, теплопроводность керамического блока показывает, сколько тепла (в градусах) уходит из здания через внешнюю стену, в пересчете на единицу площади. Важно знать о том, что тем этот показатель ниже, тем меньше тепла будет уходить наружу, и тем более «теплой», при прочих равных условиях, будет стена.

Уровень теплопроводности тесно связан с другими характеристиками керамоблока (как впрочем, и любого другого строительного материала). В их числе:

  • Пустотность.
  • Пористость.
  • Плотность.

Чем выше уровень пустотности, пористости и ниже плотность, тем теплопроводность будет ниже (что в нашем случае – хорошо), и наоборот. Получается, что оптимальная теплопроводность керамоблока достигается путем увеличения технологических пустот, а также пор (от чего и произошло название материала – поризованная керамика). Но при этом, как правило, будет снижаться плотность блока и его марка прочности. Сразу же хочется отметить, что этой прочности, в любом случае, с большим запасом будет достаточно для возведения малоэтажных (2-3 этажа) коттеджей с несущими стенами. И уж тем более ее будет достаточно для заполнения внешних стен и перегородок в многоэтажном каркасно-монолитном строительстве. Для сравнения: марка прочности газобетонных блоков в 2-3 раза ниже, чем у керамических блоков, но даже они вполне подходят для кладки несущих стен коттеджей.

Особенности кладки керамоблока

Высокие параметры теплосопротивления стены из керамических блоков обусловлены не только их форматом и низкой теплопроводностью, но и наличием шип-пазовой системы фиксации элементов. При кладке раствор используется только в горизонтальном шве, по вертикали блоки стыкуются, и между ними также образуется замкнутая воздушная полость. Вкупе с хорошей геометрией блоков такой способ значительно упрощает кладку, а стены получаются достаточно ровными. Что впоследствии упрощает уже отделочные работы – тонкослойной штукатуркой не обойдешься, но и лишнего объема из-за «горбов» накидывать не придется. Толщина кладочных швов стандартная.

Илья ЕфремовВедущий технический специалист

Кладка из керамических блоков должна соответствовать СП «Каменные и армокаменные конструкции», в котором регламентируется толщина шва в 8-12 мм. Однако в Европе есть случаи, когда керамический блок укладывали на тонкий слой клея.

Тонкошовная кладка допускается, когда блоки шлифованные, что большая редкость для отечественного рынка ввиду их высокой стоимости. А для дополнительного сокращения теплопотерь сквозь швы, рекомендуется применять готовые кладочные смеси.

Илья ЕфремовВедущий технический специалист

Швы из кладочного раствора между керамическими блоками влияют не только на прочность кладки, но и на ее теплопроводность. Через данные швы, ввиду их плотности, быстрее проходит холод. Чтобы холод не проходил через швы, при кладке керамических блоков используют специальный теплый кладочный раствор, в составе которого присутствует перлит, значительно улучшающий теплопроводность раствора. Тем самым, кладка в плане теплопроводности становится более равномерной.

С учетом только постельного шва и формата блоков, затраты на готовый теплый раствор в рамках общестроительного бюджета будут не настолько больше, чтобы выбирать самомес из соображений экономии.

Как и кирпичная, кладка из керамоблоков должна выполняться с перевязкой – существует специальная формула расчета шага перевязки, для получения оптимальной по монолитности и жесткости конструкции. S=0,4·H. Где:

  • S – шаг перевязки;
  • H – высота блока.

Высота блоков стандартная, 219 мм, шаг составит 88 мм, при этом увеличить его, к примеру, до 100 мм можно, а вот уменьшить, нельзя, согласно типовой технологической карте (ТТК) кладки стен из керамических блоков. По этой ТТК, под перекрытия из многопустотных железобетонных плит рекомендуется заливать армопояс.

Производители же блоков допускают возможность упрощенного усиления кладки арматурой без необходимости заливки армопояса.

Илья ЕфремовВедущий технический специалист

Армопояс под перекрытиями не нужен – перед установкой плит перекрытия достаточно проложить арматуру по периметру стены и немного увеличить высоту кладочного раствора. Специалисты технической поддержки проконсультируют по всем вопросам, от выбора материала, до дальнейшей эксплуатации дома.

Что касается «вечного» вопроса по поводу вентзазора между стеной из керамики и облицовочным экраном из кирпича – он не нужен. Наличие свободного вентилируемого пространства обязательно в композитных системах, включающих слой теплоизоляции.

Полная инструкция по кладке блоков – в формате видео.

Сравнение разных материалов

Сравним популярные стеновые материалы. Чтобы было понятно, приведенные ниже расчеты в таблицах основаны на СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Учитывалось, что в стенах нет дополнительной теплоизоляции (пенопласт, минеральная вата) или облицовочного кирпича.

МатериалРасчетное содержание влагиТеплопроводность Вт/(м*С) в сухом состоянииТеплопроводность Вт/(м*С) расчетное значениеТолщина стены, см
Древесина*20%0,090,1848
Керамический кирпич полнотелый2%0,560,81219
Керамический кирпич пустотелый2%0,410,58155
Ячеистый бетон**6%0,120,1643
Силикатный кирпич4%0,700,87230
Керамзитобетон10%0,580,79209
Поризованный блок***1%0,130,1438

* – сосна и ель поперек волокон; ** – ячеистый бетон плотностью 500 кг/1м3; *** – керамический блок Porotherm 38 Thermo, кладка на теплосберегающем растворе.

Теперь сравним коэффициент теплопроводности керамических блоков нескольких наиболее распространенных на российском рынке. Источники – официальные сайты производителей.

Наименование блокаТеплопроводность, Вт/(м*С)Толщина стены, ммНужно ли дополнительное утепление*
Porotherm 250,24250Да
Porotherm 380,145380Да
Porotherm 38 Thermo0,123380Нет
Porotherm 440,136440Нет
Porotherm 510,143510Нет
BRAER Ceramic Thermo 10,7 NF0,14380Да
BRAER Ceramic Thermo 12,4 NF0,139440Нет
BRAER Ceramic Thermo 14,3 NF0,14510Нет
KERAKAM 380,19380Да
KAIMAN 38 Самара0,084380Нет
KERAKAM 44 Самара0,128440Нет
KERAKAM 51 Самара0,16510Нет
10,7НФ 250ММ Гжель0,143250Да
12,3НФ Гжель0,131440Нет
14,3НФГжель0,143-0,17510Нет

* На примере г. Москвы и Московской области. В других городах с разными климатическими условиями потребность в дополнительном утеплении может меняться. Информацию о других регионах на примере блоков Поротерм (Wienerberger) можно узнать на официальном сайте компании.

Кстати, в большинстве случаев небольшие блоки формата 2,1NF, также именуемые двойным поризованным камнем, имеют чуть худшую теплопроводность, по сравнению с более крупными «собратьями». Причем это касается всех производителей.

Коэффициент теплопроводности Поротерм и других перечисленных изготовителей примерно сопоставим. То же самое касается и теплопередачи внутренних перегородочных и доборных блоков. Кстати, о перегородках. В них уровень λ, как правило выше, чем для стеновых блоков и колеблется в пределах 0,20-0,25 Вт/(м*С). Однако это не является проблемой, поскольку они все равно используются только для внутренних работ.

Мои рекомендации по толщине стен

В таблице были рассмотрены лишь 4 производителя из числа наиболее распространенных. Есть и другие, но общая картина видна и так: мы видим, что при строительстве в климатических условиях Московского региона блоки толщиной 440мм и 510мм не требуют дополнительного утепления или использования облицовочного кирпича. В то же время, для всех блоков толщиной 250мм и части 330-миллиметровых требуется дополнительное утепление. В любом случае, ассортимент продукции, представленной на рынке – намного шире, чем в нашей таблице, поэтому в случае с каждым блоком разных производителей, все детали следует узнавать индивидуально.

При этом, теплопроводность поризованного кирпича, предназначенного для перегородок, не столь важна. Он используется для внутренних работ и не от него попросту не требуется таких же характеристик, как и для стеновых блоков.

Что такое поризованный керамический блок?

Нередко керамоблок с порами внутри называют крупноформатным камнем либо поризованной или теплой керамикой. Это более высокотехнологичная замена пустотелому красному кирпичу. По исходному сырью и многим эксплуатационным параметрам они схожи. Но по размеру керамический блок превосходит аналог как минимум в 2,1 раза.


Варианты керамических блоков

Форма у этого стройматериала сложная с системой «паз-гребень» с двух длинных сторон. Подобная гребенка позволяет минимизировать количество сквозных швов в кладке, что снижает общий коэффициент теплопроводности стены. В сравнении с возведенными из обычного кирпича строениями дома из керамических блоков получаются заведомо более теплыми.


Производство керамических блоков

При производстве этого стройматериала сначала глиняную массу формуют с добавлением внутрь поризаторов, а затем высушивают в сушилке и обжигают в печи. Весь цикл изготовления такого искусственного камня занимает несколько суток. Это не кустарное, а фабричное изделие. Покупая этот материал, владелец будущего дома может быть уверенным, что товар качественный и соответствует ГОСТ. На фабриках за этим следят строго.


Смесь глины и опилок для дальнейшего получения пустот

В качестве поризатора могут выступать:

  • Солома;
  • Опилки древесины;
  • Шелуха семечек или риса;
  • Торф и т. п.

Все это сгораемые материалы натурального происхождения. Главная их задача – выгореть дотла при обжиге керамического камня в печи. После них внутри остаются лишь многочисленные пустоты, которые и придают им высокие теплотехнические характеристики.

Общие выводы

Как мы видим, теплопроводность теплой керамики – это исключительно важный параметр. Однако помимо этого, при выборе следует учитывать и другие факторы, в том числе климатические условия региона и отсутствие или наличие дополнительного утепления или отделки облицовочным кирпичом. В целом же, для средней полосы России подходят все керамоблоки. Тем не менее, если вы не хотите использовать дополнительную теплоизоляцию, то имеет смысл купить блоки толщиной 440мм или 510мм, или же некоторые разновидности 380мм блоков. Если же вас не смущает будущий монтаж дополнительной «термошубы», то вполне можно обойтись и блоками для толщины стен 250мм и 380мм, при том условии, что вы обеспечите дополнительную теплоизоляцию в виде минваты или пенопласта, и декоративной штукатурки. Плюс этого варианта в том, что вам будет достаточно более тонкого фундамента, что сократит расходы и сроки его возведения.

Достоинства и недостатки керамоблоков

Технология производства определяет следующие плюсы керамических блоков:

  • Низкая теплопроводность. Структура блока (большое количество заполненных воздухом пустот) определяет одно из его главных положительных качеств – отменную теплоизоляцию, позволяющую сохранять тепло. Вертикальные стыки обладают высокой герметичностью, не давая появляться мостикам холода.
  • Паропроницаемость. Стены из поризованных керамоблоков способны к регулированию влажности; это позволяет поддерживать оптимальный микроклимат в доме.
  • Прочность. Керамика после обжига не содержит влаги, поэтому керамоблоки обладают механической прочностью, большей, чем силикатные изделия (пено- и газоблоки). Это позволяет не использовать опорный каркас для зданий большой этажности.
  • Качество. В отличие от силикатных стеновых материалов для производства термоблоков непременно нужны заводские условия и специальное оборудование. Риск использования кустарных или дефектных изделий предельно низок.
  • Химическая и биологическая инертность. Материал невосприимчив к химикатам, плесени и микроорганизмам.


Достоинства как на ладони Источник ehnashop.ru

  • Экологичность и пожаробезопасность. Блоки производятся из безопасной для здоровья человека и негорючей глины.
  • Звукоизоляция. Свойство, повышающее комфорт жизни в доме из поризованной керамики.

Профессиональные строители выделяют следующие особенности керамических блоков, благоприятные для строительства:

  • Долговечность. Продолжительность эксплуатации составляет 50 и более лет (красный строительный кирпич – 25-50 лет).
  • Малый вес блока. Благодаря этому свойству снижается нагрузка на фундамент. На заливке основания можно сэкономить.
  • Быстрота кладки. Благодаря малому весу, наличию системы паз-гребень и крупным размерам время монтажных работ сокращается в три раза (если сравнивать с кирпичом).
  • Выгоды размера. Большие габариты позволяют отказаться от многослойной кладки (нередко достаточно одного блока толщиной 510 мм).
  • Экономия кладочного раствора. Количество раствора уменьшается на 30% благодаря меньшему количеству блоков.


Одно из достоинств – легкость блоков Источник domino.am
Образ идеального стройматериала несколько тускнеет из-за наличия следующих недостатков:

  • Цена. Поризованный керамический блок является относительно дорогим стройматериалом, особенно, если учесть приобретение доборных блоков и специального раствора.
  • Сложности доставки. Ударные нагрузки – бич пористых изделий. Прочные в кладке, при транспортировке керамоблоки нуждаются в аккуратном обращении.
  • Высокое водопоглащение. Пористость структуры стен требует дополнительной влагоизоляции, то же касается и условий хранения.
  • Сложности обработки. Для того, чтобы подогнать размер, понадобятся специальные инструменты.
  • Сложности эксплуатации. Если вы захотите прикрепить к стене кронштейн телевизора, придется воспользоваться химическим анкером или специально предназначенным для пустотелой керамики крепежом.

Видео описание

О распиле керамоблока аллигаторной пилой в следующем видео:

  • Комбинирование материалов. Нередки случаи, когда по каким-либо причинам строители используют сочетание теплоблоков и кирпича в возведении наружных стен. Кирпичные фрагменты кладки имеют теплопроводность, превышающую в 4-5 раз аналогичный показатель поризованной керамики. Дом с комбинированными стенами потребует больших затрат на обогрев; об экономии придется забыть.
  • Неоправданное увеличение бюджета. Для кладки внутренних стен принято использовать блоки толщиной до 250 мм. Вместо них нередко выбирают более габаритный материал (380 мм), что не улучшает качество жилья, а приводит к росту затрат.
  • Пренебрежение правилами хранения. Если строительные работы приостанавливаются, незаконченные стеновые конструкции и неиспользованные блоки необходимо защитить от атмосферной влаги.

Требуемое термическое сопротивление для различных регионов России.

В таблице ниже, приведено требуемое термическое сопротивление (Rтр

) для внешних стен жилых зданий для ряда городов России. Ниже по тексту показаны предлагаемые нами конструкции внешних стен, которые мы готовы реализовать в понравившемся Вам проекте дома. Сопоставьте значение требуемого термического сопротивления в вашем городе с термическими сопротивлениями предлагаемых конструкций.

Тепло – Теплопроводность | Характеристики тонкой керамики | Мир тонкой керамики

  • ДОМ
  • Характеристики тонкой керамики
  • Теплота – Теплопроводность

Теплопроводность легко передает тепло

Свойство, которое измеряет, насколько хорошо тепло передается через материал, называется теплопроводностью. Среди тонкой керамики (также известной как «усовершенствованная керамика») некоторые материалы обладают высоким уровнем проводимости и хорошо передают тепло, в то время как другие обладают низким уровнем проводимости и передают меньше тепла. Нитрид алюминия и карбид кремния особенно хорошо передают тепло. Нитрид алюминия используется в корпусах полупроводников, которые излучают большое количество тепла, но не должны накапливать тепло внутри. Цирконий эффективно блокирует тепло, а его коэффициент теплопроводности низкий — 1/10 от коэффициента теплопроводности нержавеющей стали. Используется для стен печей, подвергающихся воздействию высоких температур.

Применение : Материалы с высокой теплопроводностью, такие как корпуса ИС. Материалы с низкой теплопроводностью, например, стены печи.

Введение в типы тонкой керамики (материалы) и различные характеристики

Описание

Теплопроводность

Свойство, которое измеряет, насколько легко тепло передается через материал, называется теплопроводностью. Для керамики на это свойство могут влиять такие факторы, как внутренняя пористость, границы зерен и примеси. Более высокие или более низкие уровни теплопроводности могут быть достигнуты в материалах Fine Ceramic путем контроля этих факторов.

Теплопроводность тонкой керамики

Теплопроводность создается движением электронов и передачей колебаний решетки. Металлы с низким электрическим сопротивлением и кристаллы, в которых колебания решетки легко передаются (например, кристаллы с атомами или ионами близких масс в узлах решетки, и ковалентные кристаллы с сильными связями), обладают высокой теплопроводностью.

Теплопроводность при комнатной температуре

Дополнительные сведения см. в разделе «Выдержка из значений графика».

Термин «тонкая керамика» взаимозаменяем с «усовершенствованной керамикой», «технической керамикой» и «инженерной керамикой». Использование зависит от региона и отрасли.

Следующая страница Химическая устойчивость

  • Изоляция
  • Проводимость
  • Диэлектричество
  • Пьезоэлектричество
  • Магнетизм

Характеристики тонкой керамики

  • Твердость
  • Жесткость
  • Прочность
  • Удельный вес

Характеристики тонкой керамики

  • Химическая стойкость
  • Биосовместимость

Характеристики тонкой керамики

  • Оптические свойства

Характеристики тонкой керамики

Люди, которые читают эту страницу, тоже читают.

Тепло (1)

Тепло (1)

Термостойкость, чтобы выдерживать экстремальные температуры

Термостойкость, чтобы выдерживать экстремальные температуры

Характеристики тонкой керамики

Тепло (2)

Тепло (2)

Низкое тепловое расширение

Низкое тепловое расширение

Характеристики тонкой керамики

Различные виды тонкой керамики

Различные виды тонкой керамики

Широкий выбор продуктов для поддержки промышленности и общества

Широкий выбор продуктов для поддержки промышленности и общества

Введение в тонкую керамику

Если вы хотите использовать керамику в бизнесе, нажмите здесь.

Продукция Kyocera Fine Ceramics (Все указанные ниже веб-сайты открываются в отдельном окне.)

Категория продукта

Оборудование для обработки полупроводников / ЖК-дисплеев Жизнь / Культура / Промышленные машины Беспроводная связь Компьютерные периферийные устройства Охрана окружающей среды / Возобновляемая энергия Медицинское оборудование/приборы Изделия из монокристаллического сапфира Металлизированные/вакуумные компоненты Электронная промышленность Обогреватели Пьезоэлектрическая керамика

Поиск по материалу

Глинозем нитрид кремния Карбид кремния Сапфир Цирконий кордиерит Иттрия нитрид алюминия Кермет муллит стеатит Форстерит

Поиск по свойству/характеристике
  • Механические свойства
  • Твердость (износостойкость)
  • Жесткость (модуль Юнга)
  • Прочность на излом
  • Высокотемпературная прочность
  • Удельный вес (плотность)
  • Тепловые свойства
  • Коэффициент теплового расширения
  • Теплопроводность
  • Сопротивление тепловому удару
  • Электрические свойства
  • Изоляция/полупроводимость
  • Химические свойства
  • Химическая стойкость

Керамика с высокой теплопроводностью и их композиты для терморегуляции интегрированных электронных корпусов

  • Авторская панель Войти

Что такое открытый доступ?

Открытый доступ — это инициатива, направленная на то, чтобы сделать научные исследования бесплатными для всех. На сегодняшний день наше сообщество сделало более 100 миллионов загрузок. Он основан на принципах сотрудничества, беспрепятственного открытия и, самое главное, научного прогресса. Будучи аспирантами, нам было трудно получить доступ к нужным нам исследованиям, поэтому мы решили создать новое издательство с открытым доступом, которое уравняет правила игры для ученых со всего мира. Как? Упрощая доступ к исследованиям и ставя академические потребности исследователей выше деловых интересов издателей.

Наши авторы и редакторы

Мы представляем собой сообщество из более чем 103 000 авторов и редакторов из 3 291 учреждения в 160 странах, в том числе лауреатов Нобелевской премии и самых цитируемых исследователей мира. Публикация на IntechOpen позволяет авторам получать цитирование и находить новых соавторов, а это означает, что больше людей увидят вашу работу не только из вашей собственной области исследования, но и из других смежных областей.

Оповещения о содержимом

Краткое введение в этот раздел, описывающий открытый доступ, особенно с точки зрения IntechOpen

Как это работаетУправление настройками

Контакты

Хотите связаться? Свяжитесь с нашим головным офисом в Лондоне или командой по работе со СМИ здесь:

Карьера

Наша команда постоянно растет, поэтому мы всегда ищем умных людей, которые хотят помочь нам изменить мир научных публикаций.

Рецензируемая глава в открытом доступе

Написано

Хё Тэ Ким

Представлено: 15 ноября 2017 г. Рецензировано: 21 февраля 2018 г. Опубликовано: 27 июня 2018 г.

doi: 10.5772/intechopen.75798

Скачать бесплатно

с отредактированного тома

Отредактировано Konstantin Volkov

Подробная информация о заказах

Глава Metrics Overview

Заказ

ГЛАВА

Ссылка

Dallys

Dalloads

Dalloads

. Реклама

Abstract

В последнее время керамические подложки вызывают большой интерес для использования в упаковочных материалах для светоизлучающих диодов (LED) из-за их превосходной способности теплопередачи. Теплопроводность подложек на керамической основе обычно на один или два порядка выше, чем у обычных подложек на эпоксидной основе. Спрос на керамические подложки с высокой механической прочностью и теплопроводностью также растет из-за их использования в тонких и мощных подложках корпусов устройств. Примерами являются медные или алюминиевые подложки с прямым соединением или медные подложки с прямым покрытием для биполярных транзисторов с изолированным затвором; тонкие и прочные керамические корпуса для модулей датчиков изображения, используемых в мобильных смартфонах; керамические корпуса для миниатюрных суперконденсаторов чипового типа; и мощные светодиодные блоки. В этой главе будут рассмотрены разработка и применение керамики и керамических композитов с высокой теплопроводностью для управления температурным режимом интегрированных подложек электронных корпусов, таких как корпуса мощных светодиодов, корпуса силовых устройств и т. д.

Ключевые слова

  • теплопроводность
  • керамика
  • композиты
  • электроника
  • упаковка

– силовые светоизлучающие устройства (светодиоды), силовые полупроводниковые модули, микро- и нанофлюидика, термоэлектричество, солнечные элементы и устройства беспроводной связи. Эти электронные устройства и блоки выделяют больше тепла, чем раньше, поскольку конструкция системы становится более интегрированной, миниатюризированной и расширяет возможности передачи данных из-за многофункциональных требований к беспроводной связи и среде Интернета вещей (IOT). Более того, глобальное движение за чистую окружающую среду сместило общественный интерес с обычных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания на электромобили (EV) и гибридные электромобили (HEV), тем самым резко увеличив использование интегрированных силовых модулей с повышенной мощностью и рабочей частотой.

В связи с этим большое значение имеет разработка керамики с высокой теплопроводностью для упаковочных подложек и материалов-наполнителей для композитов. В этой главе кратко рассматриваются последние тенденции, разработки и технические проблемы отдельных керамических материалов с высокой теплопроводностью и их композитов.

Объявление

2. Керамика с высокой теплопроводностью и их композиты

2.1. Керамика и композиты на основе нитрида алюминия (AlN)

2.1.1. Керамика AlN со спекающими добавками

Нитрид алюминия (AlN) имеет структуру вюрцита с высокой ковалентной связью, высокую теплопроводность и низкий коэффициент теплового расширения (КТР) 4,5 ppm/°C, что хорошо сочетается с кремниевыми устройствами. Типичная теплопроводность AlN составляет 140–180 Вт/мК, но варьируется в диапазоне 18–285 Вт/мК в поликристаллической керамике AlN в зависимости от условий процесса, чистоты исходных материалов и микроструктуры [1]. AlN стабилен при 700–1000°C в атмосфере кислорода. Он также обладает отличными диэлектрическими свойствами: низкая диэлектрическая проницаемость (ε r ) = 9 и низкие потери (tan δ) = 0,0003 на частоте 1 МГц. Благодаря этим выдающимся физическим и термическим свойствам керамика AlN часто выбирается в качестве материала-кандидата для изолирующей подложки (прямая ширина запрещенной зоны ~6,015 эВ) для устройств и корпусов силовой электроники. Однако спекание AlN с высокой плотностью для эффективной теплопередачи и высокой механической прочности является сложной задачей из-за его высококовалентной и низкой диффузионной природы, что требует очень высоких температур спекания свыше 1900 °C в восстановительной атмосфере при приложенном давлении, хотя он стабилен при температуре около 1000°С на воздухе. Кроме того, ухудшение теплопроводности из-за включения кислорода является еще одной проблемой при изготовлении подложек из AlN с высокой теплопроводностью.

Много работ по продвижению уплотнения керамических тел AlN с использованием различных видов спекающих добавок, таких как CeO, Sm 2 O 3 , Y 2 O 3 , CaO, CaZrO 3, и их кратные коприсоединения были исследованы [2, 3, 4, 5]. Некоторые из недавних результатов, показывающие теплопроводность, полученную в поликристаллических телах, составляют 90–156 Вт/мК, как показано в таблице 1, что намного ниже теоретического значения и сильно отличается друг от друга. AlN, легированный церием (CeO), продемонстрировал резкое увеличение теплопроводности и значительное увеличение механической прочности при небольшом количестве добавки (~ 1,5 мас.%) по сравнению с оксидом иттрия (Y 2 O 3 ) дополнение [2]. Метод высокоэнергетического спекания, такой как искровое плазменное спекание (ИПС), применялся [3, 4], а также метод традиционной твердофазной реакции (ТТР) [2] для эффективного процесса низкотемпературного уплотнения. Метод двухэтапного спекания также применялся с использованием разных температур для минимизации роста зерен и очистки зерен AlN [5] (рис. 1).

Химический состав Добавки для спекания Теплопроводность (Вт/мК) Механические свойства Температура/метод спекания Ref.
AlN 1.5 wt% CeO 156 72.46 kg/mm ​​ 2 1900°C/SSR [2]
AlN 2 wt% Sm 2 O 3 120 1700°C/SPS [3]
AlN Y 2 O 3 -CaO-B 90 1650°C/SPS [4]
AlN CaZrO 3 -Y 2 o 3 156 560 МПа 1550 ° C/двухэтап [5]

4

. методы.

Рис. 1.

Влияние легирования Ce и Y на теплопроводность и твердость керамики AlN [2].

2.1.2. Композиты AlN с GNP/GNS/rGO: электропроводящие

Наноструктурированные материалы на основе углерода, такие как графеновые нанопластинки (GNP) или нанолисты (GNS), были добавлены в матрицу AlN для улучшения физических свойств (таблица 2). Электропроводность увеличилась при добавлении многослойного графена, как и ожидалось, но теплопроводность уменьшилась при добавлении как в плоскости, так и в направлении сквозь плоскость, что противоречит другим данным по композитам керамика/графен. Такое резкое снижение теплопроводности в обоих направлениях, по-видимому, связано с большим термическим сопротивлением в тонкой зоне взаимодействия, существующей на границе между AlN и ЗНЧ [6]. Высокая направленность в плоскости и сквозной плоскости композитов AlN/GNP, 74 Вт/мК для плоскости и 37 Вт/мК для сквозной плоскости, приписывается тепловому контактному сопротивлению, существующему на обеих границах раздела фаз, которое сильное в перпендикулярном направлении теплопередачи графеновых нанопластинок [7]. Эту сильную направленность теплопередачи, теплопроводность, можно легко обнаружить в системе нитрид бора (BN)/полимерный композит, в которой используются наполнители BN с двумерной морфологией [9]., 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16]. В случае восстановленного оксида графена (rGO) с добавлением AlN теплопроводность резко снизилась с 92,5 до 37,4 Вт/мК при добавлении 2 % масс. rGO, хотя наблюдается незначительное увеличение прочности на изгиб и вязкости разрушения при ≤1 % масс. rGO, что обусловлено низкой кристалличностью, большим количеством вакансионных дефектов в rGO и повышенным межфазным термическим сопротивлением [8]. Снижение теплопроводности композитов AlN с этими тремя двумерными наполнителями на основе углерода показало почти одинаковые результаты, поскольку GNP, GNS и rGO в основном имели одинаковую морфологию и физические свойства. Материалы с высокой теплопроводностью и высокой направленностью теплопередачи могут использоваться в конкретных приложениях для направленного рассеивания тепла в качестве материалов теплового интерфейса (TIM) (рис. 2 и 3).

Таблица 3.

Chemical composition Additives Thermal conductivity (W/mK) Mechanical properties Sintering temp./method Ref.
ALN-2,9 WT% Y 2 O 3 -GNP ~ 10 VOL% GNP 0,1 VOL% 74 (IN-PLANE) 9018 37 (0,1% 74 (IN-PLANE) 9018 37 (0,1%. 1700-1750/СПС [6]
AlN-2wt%Y 2 O 3 GNS 1.49 vol% FS = 441 MPa
FT = 4.09 MPam 1/2
1850/hot press [ 7]
ALN RGO 1 WT% 92,5 -> 37,4 (2 мас.%)

Физические свойства AlN с добавками углеродных наноматериалов.

FS: Прочность на изгиб; FT: вязкость разрушения; SPS: искровое плазменное спекание

Рис. 2.

Данные электропроводности переменного тока (а) и теплопроводности (б) с содержанием ЗНЧ в композитах AlN [6].

Рис. 3.

2.1.3. Si 3 N 4 базовая керамика

Нитрид кремния (Si 3 N 4 ) керамика вызывает большой интерес в качестве диэлектрического материала с высокой теплопроводностью, используемого в изолированной металлической подложке (IMS) для силовой электроники. схемные модули. Си 3 N 4 имеют ряд преимуществ: высокие механические свойства (прочность на изгиб >800 МПа, твердость по Виккерсу >10 ГПа), высокое удельное электрическое сопротивление и отличные термические свойства с термостойкостью, высокая теплопроводность 70–180 Вт/мК . Однако в действительности изготовление Si 3 N 4 с высокой теплопроводностью и высокой механической прочностью затруднено из-за трудностей уплотнения и морфологического контроля микроструктуры. Типичные подходы к получению Si 9 с такими высокими характеристиками.0248 3 N 4 : (i) использование сырья с низким содержанием кислорода для удаления вакансий Si, вызывающих рассеяние фононов, (ii) изготовление Si 3 N 4 керамики с текстурированной микроструктурой для использования тепловой анизотропии в Si 3 N 4 , (iii) использование неоксидных спекающих добавок с низким содержанием кислорода, чтобы избежать содержания кислорода в оксидной фазе, и (iv) выбор оптимальных добавок, которые могут минимизировать вакансии Si [9]. Некоторые из выбранных результатов, основанных на этих подходах, обобщены в Таблице 4. Когда неоксидные добавки, такие как YF 3 добавлен к Si 3 N 4 с MgO вместо Y 2 O 3 , механическая прочность и теплопроводность улучшены с 40 до 52; она была дополнительно увеличена до 75 Вт/мК после обработки отжигом при 1850°C. Однако твердость по Виккерсу несколько снизилась из-за большего размера частиц, чем при добавлении Y 2 O 3 [9]. Теплопроводность Si 3 N 4 увеличилась до 100 Вт/мК, когда Yb 2 O 3 /SiO 2 , и диэлектрические потери были уменьшены с 11,5 × 10 −4 до 1,4 × 10 −4 (2 ГГц) за счет изменения отношения от 0,33 до 1,3 [10]. ]. Влияние условий азотирования и спекания на механические и термические свойства спеченного реакционно-связанного Si 3 N 4 (SRBSN) с добавками Y 2 O 3 -MgO, укрупнение размера и внешнего вида зерен Соотношение снижает твердость и вязкость разрушения при одновременном увеличении теплопроводности. Твердость по Виккерсу 17,32 ГПа, вязкость разрушения 8,36 МПа·м 1/2 и теплопроводность 98,52 Вт/м·К были получены путем подбора азотирования и спекания под давлением газа (GPS) [11]. Проведено сравнительное исследование влияния оксидных и неоксидных добавок на микроструктуру, содержание кислорода в решетке и теплопроводность керамики Si 3 N 4 . Неоксидные добавки, такие как MgSiN 2 , YF 3 , YbF 3 , вызывали уменьшение количества вторичных фаз и содержания кислорода в решетке, тем самым увеличивая теплопроводность с 65 до 101,5 Вт/мК, в то время как прочность на изгиб существенно не повлияло [12]. 9

Химический состав Добавки Теплопроводность (Вт/мК)
AlN–BN Sm 2 O 3 -CaF 2 40–85 1800/SPS [17]
AlN–BN(15%) Да 2 О 3 141 1800/SPS [18]
AlN–BN CaF 2 110 1850/hot-press [19]
(Al-O-N)–BN
Основной элемент Добавки для спекания Теплопроводность (Вт/мК) Механические свойства Условия спекания Ref.
Si 3 N 4 YF 3 , MgO 52–75 87 MPa/14.8 GPa 1750–1850°C/20 MPa [9]
Si 3 N 4 Yb 2 O 3 , SiO 2 46–100 1900°C/0.9 MPa [10]
Si 3 N 4 Y 2 O 3 , MgO 98.52 — /17.52 GPa 1950°C/GPS [11]
Si 3 N 4 MgO-Y 2 O 3 , MgSiN 2 -Y 2 O 3 , MgSiN 2 -YF 3 , MgO-Yb 2 O 3 , MgSiN 2 -Yb 2 O 3 , and MgSiN 2 -YbF 3 101.5 862 MPa 1800°C/250 MPa [12]

Таблица 4.

Физические свойства Si 3 N 4 Керамика с добавлением спекающих добавок и методы уплотнения.

2.1.4. Композиты на основе AlN-BN: электроизоляционные

Нитрид бора (BN) был введен в матрицу AlN для достижения низкой диэлектрической проницаемости и умеренной теплопроводности [17]. Нитрид бора (h-BN) имеет гексагональную структуру с хорошей устойчивостью к тепловому удару и высокой теплопроводностью, а также с преимущественным направлением теплопередачи, т. е. анизотропией теплопроводности в плоскости и в плоскости подложки из-за двумерной формы. хлопьев BN или нанолистов BN. Плоскостная и сквозная теплопроводность составляет около 300 и 30 Вт/мК, а среднее кажущееся значение составляет 33 Вт/мК. h-BN имеет низкую диэлектрическую проницаемость и тангенс угла потерь, ε r = 4–4,6, тангенс δ = 0,0012–0,0017 на частоте 8,8 ГГц и диэлектрическая прочность при переменном токе = 67–95 кВ, которая варьируется в зависимости от чистоты. BN используется во многих приложениях благодаря этим превосходным свойствам, например, в корпусах микроэлектроники, особенно в деталях управления температурой, таких как радиаторы и подложки силовой электроники и т. д. Добавление BN к AlN также может улучшить химическую стойкость и влагостойкость, поскольку AlN может медленно гидролизоваться в воде (табл. 3).

В композитах AlN–BN с 8 мас.% Sm 2 O 3 -CaF 2 в качестве добавки для спекания была достигнута самая высокая теплопроводность 85 Вт/мК и самый низкий тангенс угла потерь 4 × 10 −3 . достигается при температуре спекания 1800°С методом СПС. Полученная теплопроводность была ниже, чем у чистого AlN, поскольку пластинчатые частицы BN, случайно распределенные по матрице AlN, препятствуют прямому контакту AlN, в результате чего рассеяние фононов подавляется [17]. Когда оксид иттрия (Y 2 O 3 ) от 3 до 8 % масс. в композиты AlN–15%BN теплопроводность увеличилась со 110 до 140 Вт/мК, что связано со значительным уменьшением остаточной зернограничной фазы иттрий методом ИПС [18]. Добавление CaF 2 и повышение температуры также улучшили уплотнение, теплопроводность и очистку границ зерен в системе AlN–BN. В результате была получена высокая теплопроводность 110 Вт/мК при добавлении 3 % масс. CaF 2 был добавлен и спечен при 1850°С [19]. В системе оксинитрид алюминия (γ-AlON)–BN, полученной методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), зерна h-BN пластинчатой ​​формы переориентируются в процессе горячего прессования, что приводит к анизотропии теплопроводность. Теплопроводность композитов (γ-AlON)–BN составляла 14 Вт/мК для направления зерен BN в плоскости и 42,5 Вт/мК для направления в плоскости, перпендикулярного силе горячего прессования [20] (рис. 4). ).

Рис. 4.

Композиционная зависимость теплопроводности композитов в системе (γ-AlON)–BN, определенная перпендикулярно (а) и параллельно (б) силе прессования [20].

2.2. Композиты с полимерной матрицей и керамическими наполнителями с высокой теплопроводностью

Композиты с полимерной матрицей для терморегулирующей упаковки обычно наполняются керамикой с высокой теплопроводностью, такой как AlN, h-BN, и наполнителями на основе углерода, такими как углеродные нановолокна (УНТ), графитовые или графеновые нанолисты (GNS) и восстановленный оксид графена (rGO). Полимеры с системами керамического наполнителя AlN и h-BN в основном предпочтительны для высокой теплопроводности с электроизолирующими теплообменными подложками или материалами теплового интерфейса (TIM) из-за высокой теплопроводности, низкой диэлектрической проницаемости и низких характеристик потерь керамики AlN и BN. С другой стороны, наполнители на основе углерода предпочтительнее в ТИМ, где разрешены электропроводящие характеристики.

2.2.1. Полимер: композиты BN

В полимерных композитах, наполненных гексагональным нитридом бора (h-BN), основными проблемами, связанными с улучшением свойств теплопередачи, являются обработка поверхности пластинчатых частиц h-BN для улучшения дисперсии частиц наполнителя в полимерной матрице. ; снизить тепловое сопротивление интерфейса; и увеличить ориентирование частиц h-BN в предпочтительную ориентацию для достижения высокой направленной теплопроводности в композитах. В таблице 5 приведены некоторые технические усилия по улучшению теплопередающих свойств композитов полимер-BN [13, 14, 15, 16, 21, 22, 23, 24].

Состав BN % Код теплопроводности (Вт/м·К)
BN–epoxy 10–20 74% ↑ Mechanical and magnetic [13]
BN–silicone 20 250% ↑ E-field( AC, DC) [14]
BN-полисилоксан 15 vol% 400%↑ AC/switching DC [15]
BN–PVA 27 vol% 1.63 W/mK ⊥/8.44 W/mK// PVA инфильтрация раствором [16]
BN–полиуретанакрилат (PUA) 30% об. 2 с покрытием BN) [21]
BN–PEN(поли(нитрид эфира арилена)) 30 wt% 140% Magnetic + mussel inspired co-modification (Fe 3 O 4 /PDA + KH550) [22]
BN 3.49 W/mK( 45,4%) Силановые аппреты с разной углеродной цепью [23]
БН-ПВА 50% об. [24]

Таблица 5.

Примеры теплопроводности композитов полимер-BN.

Комбинированный метод, в котором используется механическая вибрация и вращающееся магнитное поле, индуцированное высокой степенью выравнивания композита с 10 % наполнителем, показало улучшение теплопроводности на 74 % по сравнению с невыровненным образцом за счет образования проводящей сетки и снижения теплового граничного сопротивления. . Снижение теплового граничного сопротивления между h-BN и смолой на основе бисфенола-А было вызвано высокой степенью выравнивания пластин h-BN посредством комбинированного процесса [13].

Исследовано влияние электрических полей переменного и постоянного тока на анизотропно выровненную микроструктуру в композитах силиконового каучука, наполненных h-BN. Было обнаружено, что степень переориентации h-BN была более эффективной в условиях переменного, чем постоянного поля, в процессе отверждения композита h-BN-силикон (рис. 5), а теплопроводность е-поля композит с вспомогательным отверждением был примерно на 250% выше, чем отвержденный без поля E [14]. В недавнем исследовании наибольшее общее количество линейных плотно упакованных нанолистов BN (LDPBN) было сформировано путем приложения поля переменного тока, а утолщение LDPBN и сужение промежутков между частицами были достигнуты за счет применения переключающего поля постоянного тока (рис. 6). В результате теплопроводность увеличилась в четыре раза по сравнению с композитом без структуры LDPBN [15].

Рис. 5.

Рис. 6.

Схематическая модель генерации путей более высокой проводимости через LDPBN с использованием различных приложений электрических полей [15].

Гибкая композитная лента h-BN/поли(виниловый спирт) была изготовлена ​​путем пропитки раствора поли(винилового спирта) (ПВС) в стопку h-BN с вакуумной фильтрацией для уменьшения зазора между частицами h-BN и для повышения степени выравнивания h-BN тромбоцитов. Плоскостная и сквозная теплопроводность полученных таким образом композитов h-BN/PVA составила 1,63 и 8,44 Вт/мК соответственно [16]. В той же системе h-BN/ПВС степень ориентации пластинчатых частиц h-BN может быть улучшена литьем под давлением [24], где степень ориентации частиц h-BN можно наблюдать по характерным пикам в данных рентгеновской дифракции (XRD). Чтобы улучшить выравнивание частиц h-BN, покрытие материалов, чувствительных к электрическому или магнитному полю, таких как TiO 9Керамика 0248 2 или Fe 3 O 4 на частицах h-BN также исследуется для повышения теплопроводности [21, 23]. Частицы h-BN, покрытые TiO 2 золь-гель процессом, были выровнены в вертикальном направлении по отношению к приложенному полю, так что теплопроводность композита h-BN/полиуретан-акрилат (PUA) в сквозной плоскости увеличилась на 190 %, а плоскостная теплопроводность композита снизилась на 72% по сравнению с необработанным композитом h-BN [21]. Композиты h-BN/поли(ариленэфирнитрил) (PEN) с высокой диэлектрической проницаемостью и высокой теплопроводностью были разработаны путем магнитного выравнивания h-BN через покрытие из магнитного Fe 9.0248 3 O 4 вместе с дополнительной модификацией поверхности полидофамином (PDA) и функциональным мономером KH550: (3-аминопропил)триэтоксисилан). Эти модификации поверхности улучшили дисперсию наполнителей h-BN в матрице PEN и межфазную адгезию. В композитной системе BN/Fe 3 O 4 /PDA + KH550/PEN как диэлектрическая проницаемость, так и тангенс угла потерь были значительно увеличены с количеством BN/Fe 3 O 4 O 4 /PDA + KH550, и теплопроводность увеличилась на 140% по сравнению с чистой пленкой ПЭН [22]. Было исследовано повышение теплопроводности в композитах h-BN/эпоксидная смола за счет модификации поверхности частиц h-BN с помощью силановых связующих агентов с различной углеродной цепью. Теплопроводность композита h-BN/эпоксидная смола была улучшена на 45,4% благодаря лучшему диспергированию h-BN в эпоксидной смоле, чем у необработанного h-BN, что связано с более высоким межфазным сродством композита, полученного при использовании более длинной углеродной цепи силана. на поверхности h-BN [23] (рис. 7, 8, 9).).

Рис. 7.

Теплопроводность композита h-BN/PUA и композита h-BN/PUA с покрытием TiO 2 с покрытием h-BN/PUA до и после выравнивания электрического поля: (a) сквозная и (b) плоскостная теплопроводность [21].

Рис. 8.

Теплопроводность чистого ПЭН и BN/Fe 3 O 4 /ПДА + КХ550/ПЭН композитных пленок с различным содержанием наполнителя [22].

Рис. 9.

Теплопроводность композитов h-BN/эпоксидная смола с необработанным BN, MPCB (Al 2 O 3 /эпоксид), силан (C3)/BN и силан (C16)/BN [23].

Было исследовано влияние размеров частиц h-BN, расслоения частиц BN и сжатия композитов h-BN/ПВС на поведение теплопроводности [24]. На рис. 10(а) показано, что теплопроводность композитов h-BN/PVA увеличилась почти в два раза, когда исходные хлопья h-BN расслаиваются в тонкий нанолист h-BN. Кроме того, частицы h-BN меньшего размера проявляли более высокую теплопроводность в композитах h-BN/PVA, как показано на рисунке 10(b). Дальнейшее повышение теплопроводности композитов h-BN/ПВС было реализовано за счет одноосного термического сжатия после литья из раствора композиционной пленки h-BN/ПВС при температуре 90°С, что выше температуры стеклования полимера ПВС. На рисунке 11 показаны микрофотографии FE-SEM поперечных сечений композитов 30 об.% h-BN/ПВС до (а) и после сжатия, которые ясно показывают выравнивание частиц h-BN перпендикулярно направлению прессования (b). Сквозная (поперечная) плоскость и плоскостная теплопроводность, измеренная методом лазерной вспышки, показаны вместе с теоретическим моделированием на рисунке 12. Две модели, арифметическая и модель Винера, используются для расчета двухфазной композитной системы со следующими уравнения.

Рис. 10.

Влияние механического расслоения (а) и размеров частиц h-BN (б) на теплопроводность композитов h-BN/ПВС в сквозной плоскости [24].

Рис. 11.

Виды поперечного сечения композитных пленок 30 об.% h-BN/ПВС, наблюдаемые с помощью FE-SEM: (а) несжатые и (б) сжатые [24].

Рис. 12.

Влияние одноосного сжатия на поперечную и плоскостную теплопроводность композиционных пленок h-BN/ПВС: (а) несжатый и (б) сжатый образцы [24].

Arithmetic model:

λ=cλ1+1−cλ2E1

where, c =  proportion of component 1.

1 –c =  proportion of component 2

λ 1 , λ 2  =  теплопроводность компонента 1, 2.

Модель Винера:

λ/λ2=1−c1−λ1/λ2/1+αλ1/λ2/1+αc1−λ1/λ2/1+αλ1/λ2E2

, где , α = 0,5 для дисперсионной модели, λ 1  < λ 2 .

В этом расчете теплопроводность ПВС и h-BN была определена как 0,2 и 33 Вт/мК соответственно. Плоскостные, перпендикулярные направлению сжатия теплопроводности были в 5 раз выше, чем сквозные у несжатых образцов, и имели значения в 10 раз выше у сжатых образцов. Наивысшая теплопроводность, полученная при наполнении композита ПВА 50 об.% h-BN, составила 13 Вт/мК в плоскостном режиме, а теплопроводность сквозного режима составила около 1,1 Вт/мК, что ниже, чем у несжатого образца [ 24]. Уменьшение теплопроводности в сквозной моде в композитах h-BN/PVA связано с уменьшением контакта частиц в сквозной плоскости за счет выравнивания пластин h-BN параллельно направлению в плоскости, что приводит к увеличению плоскостные теплопроводящие пути и уменьшающиеся сквозные теплопроводящие пути. Модель Винера кажется более близкой к экспериментальным данным, чем арифметическая модель, но разрыв между этими теоретическими и экспериментальными данными велик, что указывает на то, что все еще остается много факторов, которые необходимо улучшить для достижения оптимальных условий при изготовлении полимерно-керамических композитов. высокая теплопроводность.

Таким образом, было изучено несколько методов повышения теплопроводности композитов h-BN/полимер. Примерами являются (i) модификация поверхности частиц h-BN функциональными органическими соединениями для улучшения сродства и дисперсии раствора h-BN/PVA, (ii) покрытие частиц h-BN диэлектрическими и феррокерамическими материалами для повышения эффективности выравнивания. с приложением электрического и магнитного поля, (iii) расслоение хлопьев h-BN в тонкие нанолисты h-BN для лучшего соединения частиц при заданной загрузке наполнителя и (iv) механическое сжатие для обеспечения выравнивания частиц и межчастичного контакта.

2.2.2. Полимер: композиты AlN

Нитрид алюминия (AlN) является приоритетным выбором в качестве наполнителя в полимерно-керамических композитах с высокой теплопроводностью, поскольку он обладает высокой теплопроводностью (320 Вт/мК, теоретическая), хорошими изоляционными свойствами (удельное электрическое сопротивление > 10 14 характеристика Ом·см), низкая диэлектрическая проницаемость (2,2–3,7 на 1 МГц) и низкий КТР (4,4 ppm/°C), близкий к кремнию. В горячепрессованных композитах AlN/ПММА (полиметилметакрилат) теплопроводность 1,87 Вт/мК была получена при 70 объемном % содержания AlN в композите, что примерно в 10 раз выше, чем у смолы ПММА (0,18 Вт/мК), как показано на Рисунке 13. (а). Диэлектрическая проницаемость и потери композита составляли 4,4 (рис. 13(b)) и 0,017 на частоте 1 МГц [25]. В композитах полипропилен (ПП)/AlN с трехмерной сегрегированной структурой, изготовленных механическим измельчением смеси ПП и AlN с последующим горячим прессованием при 190°C были получены композиты PP/AlN со структурой ядро-оболочка. Сравнительные результаты этого композита с трехмерной структурой ядро-оболочка с обычными композитами, смешанными в растворе и расплаве, показали, что этот механически измельченный композит с 10 об.% AlN показал теплопроводность на 23 % выше, чем другие [26]. Теплопроводность насыщенного нитридом алюминия жидкого раствора поли(пропиленгликоля) (ППГ) также была изучена, и результаты показали, что теплопроводность жидкостей AlN/ППГ зависела от содержания твердых частиц AlN и молекулярной массы ППГ [27].

Рис. 13.

Экспериментальные и расчетные данные теплопроводности композитов ПММА/AlN с варьированием наполнителей AlN [25].

Таким образом, несмотря на усилия по увеличению теплопроводности в полимерно-керамических композитах, теплопроводность, полученная в композитах с керамическим наполнителем на полимерной матрице, все еще намного ниже, чем у полностью керамических базовых материалов из-за низкой теплопроводности в полимерной матрице. что ограничено в улучшении теплопроводности, когда они являются электроизоляционными. Таким образом, требуется дальнейшая разработка полимеров с высокой теплопроводностью с электроизоляцией для получения максимально высокой теплопроводности в полимерно-керамических композитах, поскольку теплопроводность керамики-наполнителя, скорее всего, зависит от их собственной природы и вряд ли изменено материаловедением и инженерными манипуляциями.

2.3. LTCC-керамика с высокой теплопроводностью

Низкотемпературная керамика совместного обжига (LTCC) имеет ряд преимуществ при изготовлении корпусов микроэлектроники. Типичная температура спекания LTCC ниже 1000°C, поэтому их можно обжигать совместно с электродами с высокой проводимостью, такими как серебро (Ag) или медь (Cu). Большинство современных материалов LTCC состоят из низкотемпературной плавящейся стеклянной матрицы и керамических наполнителей для функциональной корректировки, таких как электрические, механические и термические свойства, в зависимости от требований применения. Следовательно, LTCC иногда называют стеклокерамикой, но технически LTCC является частью стеклокерамических композитов. Например, в области высокочастотных (РЧ, микроволновых и миллиметровых волн) устройств и упаковочных подложек керамический порошок с низкими потерями и низкой диэлектрической проницаемостью, такой как оксид алюминия (Al 2 O 3 ) порошок добавляется к стеклянной матрице с низкими потерями. В результате в процессе термообработки выделяются вторичные фазы из-за того, что часть частиц алюмооксидного наполнителя вступает в реакцию со стеклянной матрицей. Интересно, что эти вторичные фазы способствуют улучшению диэлектрических свойств и механической прочности при правильном выборе частиц наполнителя и состава матрицы. LTCC использовался во многих приложениях благодаря экономии энергии в процессе низкотемпературного спекания, отличным диэлектрическим свойствам и простоте интеграции и миниатюризации в 3D. Примерами являются модуль радиочастотной системы в корпусе (RF-SiP), пакеты светодиодов, высокотемпературные датчики, корпус микроэлектромеханической системы (MEMS), микронагреватели, микрофлюидика и т. д. [28, 29]., 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38].

2.3.1. Стеклокерамическая основа Система LTCC

В последнее время использование высокой теплопроводности с изолирующей керамической подложкой быстро расширяется для улучшения свойств теплопередачи встроенных электронных устройств и корпусов. Поскольку обычные LTCC основаны на системе стекломатричного керамического композита (GMC) с низкой теплопроводностью стеклофазы (1–2 Вт/м·К), теплопроводность большинства LTCC составляет всего 2–5 Вт/м·К, а представлены в табл. 6 [38, 39, 40, 41, 42, 43, 44], что все еще выше, чем у подложки FR-4 (обычно 0,1–0,2 Вт/мК), но намного ниже, чем у объемной керамики с высокой теплопроводностью, такой как оксид алюминия, AlN или Si 3 N 4 .

90–95 3,20295 5.8
Category Maker code/Chemical
composition
Sintering temp
(°C)
Thermal conductivity
(W/mK)
CTE
(ppm /°С)
Диэлектрическая проницаемость Диэлектрические потери Ref.
Commercial products ESL41110-70C 2. 5–3 6.4 4.3 0.004 [37, 38]
Heraeus CT2000 850 3 5,6 9,1 0,002 [37, 39]
DuPont 951 850
7.8 0.006 [37, 40]
DuPont 9K7 850 4.6 4.4 7.1 0.001 [37, 41]
DuPont 943 850 4.4 6 7.4 0.002 [37, 42]
Ferro A6 850 2 7 5.9 0.002 [37, 43]
Murata 850 2.5 5.5 7.7 [37, 44]
Research works MgO–CaO–Al 2 O 3 –SiO 2 900 1. 95–2.6 8 [33, 45]
Al2O 3 –BBSZ glass 850 7.2 6.9 10.9 0,009 [46]
ZnTiO 3 –B 2 O 3 900 6.6 20 0.001 [47]
ABS–MWCNT 2.2 [48]
CAS + β-Si 3 N 4 850 7.9 7.1 0.006 [49]
LZT–LMZBS 900 5.8 11.97 [50]
Glass–diamond 750 9.01 4.35 [51]
Al 2 O 3 /glass+ AlN whisker/carbon fiber/copper fiber 850 38. 9 4.6–6.1 6.6–7.4 [52]
Borosilicate glass–AlN–β–Si 3 N 4 850 18.8 4.2–4.4 6.5 0.0016 [53]

Table 6.

Физические свойства коммерческих систем LTCC и некоторые из последних исследований стеклокерамики с высокой теплопроводностью.

BBSZ: Bi 2 O 3 –ZnO–B 2 O 3 –SiO 2 , ABS: Al 2 O 3 –B 2 O 3 –SIO 2 , CAS: CAO -AL 2 O 3 –SIO 2 , LIS 8 , LMZBS: Li 2 O–MgO–ZnO–B 2 O 3 –SiO 2

наполнители проводимости, такие как Al 2 O 3 , AlN, BN и Si 3 N 4 частицы. Различные типы морфологии частиц наполнителя, такие как пластинчатые и волокнистые типы, используются для улучшения межчастичных контактов, снижения межфазного теплового сопротивления и адаптации направленности теплопередачи в подложке. Также исследуются микроструктурные манипуляции, такие как переориентация частиц наполнителя, низкая теплопроводность, удаление вторичной фазы и контроль границ зерен. Среди них некоторые ключевые исследовательские работы приведены в таблице 6 [33, 45, 46, 47, 48, 49]., 50, 51, 52, 53].

В наполненной оксидом алюминия (Al 2 O 3 ) стеклокерамической системе MgO–CaO–Al 2 O 3 –SiO 2 добавка оксида алюминия снижала теплопроводность стекла – керамика, где фаза диопсида или анортита является основной рекристаллизованной вторичной фазой, как показано на рисунке 14. Теплопроводность стеклокерамики на основе диопсида и анортита, спеченной при температуре <1000°C, составляет 2,37 и 2,35 Вт/мК. , соответственно. Установлено, что кристалличность является более важным фактором, чем соотношение диопозида и анортита, так что наибольшая прочность на изгиб и теплопроводность получены у образцов с высокой кристалличностью, поскольку основные пиковые интенсивности на рентгенограммах стеклокерамики линейно пропорциональна [33, 45]. В смеси 40 мас. % глинозема – 60 мас. % БССЗ (Bi 2 O 3 –ZnO–B 2 O 3 –SiO 2 ) стеклянная система [46], заявленная теплопроводность 7,2 Вт/мК является необычно высокой по сравнению с теплопроводностью ранее известного стекла– керамика [38, 39, 40, 41, 42, 43, 44] с высокой диэлектрической проницаемостью 10,9 и низкими потерями 0,009 на спеченной ленте.

Рис. 14.

Зависимости теплопроводности для MgO–CaO–SiO 2 –Al 2 O 3 стеклокерамическая система на Al 2 O 3 дополнения [33,45].

Алюмоборосиликатная (АБС) стеклокерамика, содержащая ≤15 мас.% многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ), показала улучшение электропроводности на ~10 6 и теплопроводность на ~70%. Максимальная электропроводность 2,1 См/см была получена при добавлении 15 % масс. МУНТ к LTCC на основе АБС, в то время как у чистого АБС она составляла всего ~10 -6 См/см. Порог перколяции существует в области добавления 2,5–5% масс. МУНТ из-за равномерного рассеивания МУНТ до 10% масс., что является относительно более высокой скоростью загрузки, чем другие [48] (рис. 15).

Рис. 15.

Тепло- и электропроводность с содержанием МУНТ для нанокомпозитов АБС–МУНТ [48].

В системе кальциево-алюмосиликатного (CAS) стекла теплопроводность увеличилась с 1,6 до 7,9 Вт/м·К при добавлении 35 % по объему β-Si 3 N 4 нитевидных кристаллов, добавленных к CAS-Si 3 N 4 композитов были спечены при температуре 775–850°C на воздухе (рис. 16 ) . Эта теплопроводность намного выше, чем у других систем LTCC, о которых сообщалось [38, 39]., 40, 41, 42, 43, 44, 46, 47, 50]. Однако теплопроводность уменьшалась, когда загрузка нитевидных кристаллов β-Si 3 N 4 превышала 35% масс. Диэлектрическая проницаемость и потери, измеренные на частоте 1 МГц, составили 7,1 и 0,006 соответственно [49].

Рис. 16.

Экспериментальные данные и теоретическая кривая теплопроводности композитов CAS–Si 3 N 4 в зависимости от содержания β-Si 3 N 4 [49].

Ли 2 ZnTi 3 O 8 (LZT) система с 1 % мас. 1:1:1) в качестве вспомогательного средства для спекания, теплопроводность 5,8 Вт/мК и КТР 11,97 м.д./°С были получены на образцах, спеченных при 875°С. Высокая диэлектрическая проницаемость и потери системы ЛЗТ-ЛМЗБС на частоте 1 МГц составили 24,14 и 5,1 × 10 -4 соответственно. СВЧ-диэлектрические свойства спеченной ленты, измеренные с помощью метода разделенного диэлектрического резонатора (SPDR), составили ε r = 21,9, тангенс δ = 6 × 10 −4 на частоте 5 ГГц и τ ε при −29 млн/°C [50] (рис. 17).

Рис. 17.

Данные измерения теплопроводности LZT + LMZBS, объемно спеченного при 900°C [50].

Стеклокерамика, наполненная частицами монокристаллического алмаза размером 3–40 мкм, показала наибольшую теплопроводность у стеклоалмазных композитов с алмазами размером 30 мкм, которые спекались при 750 °С и показали самый низкий КТР, самый высокий теплопроводность и прочность на изгиб: 4,35 частей на миллион/°C, 90,01 Вт/мК и 108,25 МПа [51] (рис. 18).

Рис. 18.

Теплопроводность (а), КТР (б) и прочность на изгиб (в) стеклоалмазных НТПК, спеченных при 750°С [51].

Было изучено добавление одномерных материалов, таких как нитевидные кристаллы AlN, углеродные волокна и медные волокна, к композитам оксид алюминия/30 об. % стекла. Добавление нитевидных кристаллов AlN не улучшало теплопроводность по сравнению с добавлением порошка AlN, а волокнистые наполнители более эффективно увеличивали теплопроводность композитов. Самая высокая теплопроводность, полученная в этих композитах, была Al 2 O 3 /стекло с 30 об.% медных волокон, спеченное при 850 °C, как показано на рис. 19 [52]. Удельное сопротивление Al 2 O 3 /30 % стекла и Al 2 O 3 /30 % стекла/30 %AlN-вискеров составляет 2,0–2,1 × 10 12 Ом·см, а у Композиты с добавлением 30 % углеродного волокна и 30 % медного волокна имели 8,7 × 10 -3 и 3,4 × 10 -6 Ом·см соответственно. Следовательно, эти два электропроводящих композита не применимы в качестве электроизоляционного терморегулирующего материала, или они могут быть покрыты слоем изолирующего стекла на поверхности для улучшения удельного электрического сопротивления [52].

Рис. 19.

Рис. 20.

2.3.2. Система LTCC без стекла

Системы LTCC без стекла или без стекла были исследованы на предмет снижения сложности систем LTCC из-за включения нескольких фаз, таких как стекло, частицы наполнителя и дополнительные добавки для спекания. Из-за их сложности возникло несколько проблем при подготовке схем LTCC и устройств в интегральном электронном модуле. Чтобы преодолеть эту сложность химического взаимодействия и неоднородные диэлектрические свойства, а также трудности диспергирования суспензии, были разработаны системы LTCC с простыми фазовыми компонентами [54, 55, 56, 57, 58, 59]. , 60] (табл. 7).

Chemical composition Sintering temp (°C) Thermal conductivity
(W/mK)
CTE
(ppm/°C)
Dielectric constant tan δ/
Коэффициент добротности
Реактивность
с электродом
Ref.
CaO–(GeO 2 , SiO 2 , TeO 2 ) 780–1200 6,5 ~ 19,3 2,4 × 10 -3 ~ 1 × 10 –4903 : tellurate) [54]
AMPO 2 O 7 (A = Ca, Sr., M = Zn, Cu) 950 7.06 52,871
(ГГц)
Y(Ag)
N(Cu)
[55]
LiMgPO 4 950 7. 1 10.5 6.4 0.0002 [56]
Bi 4 (SiO 4 ) 3 900 2.82 7.09 13.3 0.0007
(15GHz)
[57]
Li 2 Mg 2 Ti 3 O 8 925 0.45(τf) 27 58,480
(5.8 GHz)
N(Ag) [58]
Li 2.08 TiO 3 -LiF 900 4.75 22.4 22.4 35,490
(GHz)
N(Ag) [59]
11ZnO-10MoO 3 850 1.3 4.7 11.1 [60]

Таблица 7.

Составы и физические свойства систем LTCC, не содержащих стекла.

В традиционной системе LTCC стекло использовалось в качестве матричной фазы для снижения температуры спекания ниже 1000°C, поскольку функциональные диэлектрические керамические материалы в основном полностью уплотнялись при высоких температурах спекания, выше 1200°C, когда металлы с высокой электропроводностью такие как Ag или Cu, нельзя использовать в качестве согласующего электрода. LTCC, содержащие стеклофазную матрицу, как правило, проявляли низкую теплопроводность, как мы видели в Таблице 6. В LTCC, не содержащих стекла, снижение температуры спекания ниже 1000°C является основным требованием без введения вторичных фаз, за ​​исключением незначительного содержания спекающего агента. Поиск низкотемпературного синтеза и низкотемпературного плавления керамического соединения с кристаллической фазой является решающим моментом для разработки LTCC без содержания стекла. Композиции LTCC, не содержащие стекла, применимые в промышленности с доказанными механическими свойствами и надежностью, почти не встречаются, несмотря на то, что сообщалось о нескольких первичных результатах исследований, показывающих отличные диэлектрические свойства [54, 55, 56, 57, 58, 59]. , 60]. Существенными проблемами, обнаруженными в предыдущих системах LTCC без стекла, являются низкая механическая прочность, реактивность с соответствующими электродными материалами во время термообработки и уязвимость во влажной среде.

В системе проростков кальция и силикатов диэлектрические проницаемости составляли 6,5–10,8, добротность (Q × f) = 16 000–39 000 (при 10 ГГц), температурные коэффициенты диэлектрической проницаемости составляли 70–140 млн/°C для образцов спекаются при 1180–1200°C, что несколько выше температуры для обработки LTCC. Эти системы не проявляли никакой химической реакции с Ag-электродом. С другой стороны, в системе теллуратов кальция диэлектрические постоянные составляли 15,5–23,6, Q × f = 13 400–49,300 (~10 ГГц), температурные коэффициенты диэлектрической проницаемости 130–140 ppm/°C для образцов, спеченных при 780–840°C; но эта система была уязвима на Ag-электроде. Высокотемпературные коэффициенты диэлектрической проницаемости подавляли добавлением 10 мол. % CaTiO 3 [54].

Для системы AMP 2 O 7 (A = Ca, Sr.; B = Zn, Cu) все соединения реагировали с Ag, но их можно сжигать совместно с Cu в пониженной атмосфере. Среди них SrZnP 2 O 7 , спеченный при 950°C, показал диэлектрическую проницаемость 7,06, Q × f = 52 781 ГГц и температурный коэффициент резонансной частоты (τ f ) = -70 ppm/°C; следовательно, это соединение может быть преобразовано в термостабильную композицию, если с ним смешать соответствующий противодиэлектрический материал с отрицательным температурным коэффициентом. Теплопроводность этой системы не приводилась [55].

В ленте LiMgPO 4 , спеченной при 950°C, микроволновые диэлектрические свойства составили, ε r = 6,4, тангенс δ = 0,0002, КТР = 10,5 ppm/°C, теплопроводность 7,1 Вт/мК, что в 2 раза выше, чем у обычных LTCC на стеклокерамической основе. Микроволновые диэлектрические свойства спеченной ленты измерялись с использованием метода расщепленного диэлектрического резонатора (SPDR), соединенного с векторным анализатором цепей [56].

Bi 4 (SiO 4 ) 3 Ленточная система LTCC без стекла показала диэлектрическую проницаемость 13,3, потери (tan δ) 0,0007 на частоте 15 ГГц и теплопроводность 2,82 Вт/мК [57]. Ли 2 MgTi 3 O 8 не содержащая стекла керамика, спеченная при 925 °C, показала диэлектрическую проницаемость 27, значение Q × f 58 480 ГГц (при 5,8 ГГц) и очень стабильный температурный коэффициент резонансной частоты τ f  = 0,45 млн/°C. Эта система совместима с серебряным электродом [58]. Другим LTCC без стекла на основе лития является система Li 2,08 TiO 3 –LiF, где микроволновые диэлектрические свойства ε r  = 22,4, Q × f = 35 490 ГГц были получены при 9Лента спеченная при температуре 00°C. КТР и теплопроводность системы составляли 22,4 ppm/°C и 4,75 Вт/мK соответственно. Система также совместима с серебряным электродом и имеет высокий коэффициент изоляции 50 кВ/мм, что позволяет использовать ее в приложениях большой мощности. Для вышеупомянутой системы без стекла полученные значения теплопроводности составляют 2,28–7,1 Вт/мК, что значительно выше, чем у большинства обычных LTCC на основе стеклокерамики [59]. Молибдат цинка с 1 % B 2 O 3 , спеченный при 850–900°C показал диэлектрическую постоянную 11,1 КТР 4,7 частей на миллион/°C и напряжение пробоя 17,6 кВ/мм. Однако теплопроводность была относительно низкой, 1,4 Вт/мК, по сравнению с другими LTCC без стекла. Эта система может быть применима к высокотемпературным изолирующим диэлектрикам из-за низкого КТР и высокого напряжения пробоя [60].

Однако, несмотря на превосходные диэлектрические и термические свойства, некоторые из не содержащих стекла компаундов LTCC, содержащих литий, имеют проблемы с водорастворимостью, что ограничивает их применение. Поэтому им может потребоваться защитный слой покрытия, чтобы противостоять атмосферным воздействиям.

Реклама

3. Резюме и перспективы на будущее

В этой главе кратко рассматриваются последние исследования и разработки в области керамики с высокой теплопроводностью и их композитов для терморегуляции интегрированных электронных блоков. Ключевые уроки, извлеченные из этих предыдущих работ, можно обобщить следующим образом:

3.1. Объемная керамика с высокой теплопроводностью

Наиболее часто встречающаяся керамика с высокой теплопроводностью на основе HTCC представляет собой глиноземную и нитридную керамику, такую ​​как AlN, BN и Si 3 N 4 материалы. Среди них керамика на основе нитрида кремния кажется наиболее часто используемой в силовой электронике в наши дни. В нитридах и композитах с керамической матрицей ключевыми параметрами, которые контролируют термические свойства, являются уплотнение, включая удаление пор, размер зерна и контроль границ зерен, примеси и контроль вторичной фазы. Среди них уплотнение является основным фактором для достижения высокой теплопроводности благодаря высокому термическому сопротивлению пор. Эту нитридную керамику трудно спекать с высокой плотностью, поэтому для достижения высокой плотности следует применять методы искрового плазменного спекания и двухстадийного спекания вместе с добавлением небольшого количества спекающих добавок. В нитридной керамике контроль содержания кислорода является очень важным фактором в дополнение к параметрам, требуемым для оксидных материалов.

В материалах на основе LTCC имеется много исследовательских работ по разработке материалов LTCC с высокой механической прочностью, но мало работ по улучшению теплопроводности LTCC. Некоторые работы, обнаруженные в литературе, в основном касаются перекристаллизации и фазового контроля в матрице и показывают лишь незначительное улучшение термических свойств по сравнению с заметным улучшением механических свойств. Основная причина этого незначительного изменения тепловых свойств в обычном стеклокерамическом LTCC связана со стеклянной матрицей, которая составляет более половины объема спеченного тела. Объемная доля новообразованных нанокристаллических фаз в процессе термообработки настолько мала, что общая кажущаяся теплопроводность может существенно не измениться, в то время как механическая прочность может быть легко повышена за счет включения нанокристаллической фазы в матрицу.

В теплопроводных и электропроводных керамических композитах электропроводность была улучшена за счет добавления двумерных аллотропных углеродных материалов, таких как графеновый нанолист/пластинка; однако теплопроводность снижалась при участии графена в матрице AlN, что может быть связано с наличием тонкого слоя взаимодействия на границе раздела AlN–GNS/GNP, вызывающего термическое сопротивление. Наблюдалась большая разница между плоскостной и сквозной теплопроводностью композитов, которую можно наблюдать в композитах полимер/графен.

3.2. Композиты с полимерной матрицей с высокой теплопроводностью

Композиты с полимерной матрицей с высокой теплопроводностью и электроизоляционными керамическими наполнителями в основном используются для диэлектрических изоляционных слоев в подложке упаковки светодиодов для эффективного отвода тепла к металлическим теплораспределяющим панелям. Наиболее часто используемыми изолирующими керамическими наполнителями являются порошки оксида алюминия, BN и AlN. Среди них предпочтительны пластинчатые порошки BN из-за анизотропного поведения теплопроводности в двумерной структуре кристалла BN. Многие исследования были сосредоточены на индивидуальной переориентации нанолистов BN в растворе BN/полимер в плоскость или сквозь плоскость композиционной ленты BN/полимер с использованием магнитного и электрического поля в процессе литья. Кроме того, предпринимаются некоторые усилия по нанесению наночастиц железа или диэлектрика на частицы тромбоцитов BN, чтобы способствовать легкому выравниванию частиц тромбоцитов BN в заданном направлении. Модификация поверхности частиц BN функциональными органическими соединениями, такими как силановый связующий агент, дофамин и вторичные функциональные мономеры, применяется для повышения теплопроводности композитов за счет улучшения сродства BN/полимера и межфазной адгезии, тем самым снижая межфазную термостойкость.

Композиты на полимерной матрице с неорганическими наполнителями с высокой теплопроводностью, такими как УНТ, чешуйки графита и графеновые нанолисты, продемонстрировали значительное улучшение теплопроводности при небольшом количестве добавок. Однако они в основном электропроводны, поэтому их нельзя использовать в качестве подложек для электрических цепей. Вместо этого эти композиты в основном используются для материалов теплового интерфейса. Эти полимерно-углеродные аллотропные базовые композиты могут также использоваться для применения в гибких устройствах, а также в качестве жестких подложек, поскольку морфология частиц карбонатного наполнителя является одномерной или двумерной.

3.3. Керамика с высокой теплопроводностью для корпусов светодиодов и IGBT

Керамические материалы, используемые для применения в корпусах светодиодов, обычно бывают двух типов: диэлектрические изолирующие подложки для формирующего слоя и наполнители с высокой теплопроводностью для материала теплового интерфейса. В изолирующих керамических подложках для модулей IGBT в основном используется глинозем, керамика AlN, но в последнее время разработка переместилась на Si 3 N 4 и LTCC для устройств высокой мощности из-за надежности или низкой стоимости.

3.4. Перспективы на будущее

Несмотря на вышеупомянутые успехи в разработке и коммерциализации керамики, существует несколько проблем, связанных с теплопередающими материалами на основе керамики с высокой теплопроводностью: высокая теплопроводность требуется в химии материалов и инновационных технологиях обработки. По сравнению с керамикой с высокой теплопроводностью на основе HTCC, LTCC по-прежнему требуют дальнейшего улучшения как тепловых, так и механических характеристик, чтобы их можно было использовать в приложениях для управления температурой. Поскольку большая часть обычного состава LTCC состоит из стекла, максимальная теплопроводность полученных таким образом композитов стеклокерамического наполнителя ограничена и намного ниже, чем у керамики с высокой теплопроводностью на основе HTCC. Поэтому, во-первых, необходимо исследовать пути улучшения теплопроводности самой стеклофазы, как это делается во многих композитах с полимерной матрицей. Во-вторых, механическая прочность LTCC должна быть дополнительно улучшена, даже несмотря на то, что некоторые результаты показали повышенную механическую прочность за счет процесса рекристаллизации посредством межфазной реакции и зародышеобразования между стеклофазой и фазой кристаллического наполнителя. Другими проблемами в области LTCC с высокой теплопроводностью может быть разработка LTCC на нестеклянной основе, которые уже предпринимались ранее в качестве приложений в радиочастотных и микроволновых диэлектрических материалах. LTCC на нестеклянной основе освобождаются от использования фазы стеклянной матрицы с низкой теплопроводностью; они будут демонстрировать более высокую теплопроводность, чем обычный тип.

Имеется много сообщений, в которых говорится о достижении высокой теплопроводности в композитах с полимерной матрицей с использованием керамических наполнителей с высокой теплопроводностью. Однако с практической точки зрения простое увеличение теплопроводности полимерных композитов с керамическим наполнителем не обеспечивает их потенциального использования в приложениях управления температурой, особенно когда они используются в качестве материалов теплового интерфейса. Другие факторы, такие как прочность сцепления с подложками или материалами радиатора для применения TIM и прочность на растяжение термолент или гибких подложек устройств, также следует учитывать в дополнение к тепловым и электрическим свойствам, поскольку чем больше наполнителя, тем меньше адгезия и прочность на растяжение. сила обеспечена.

Для изолированных металлических подложек (IMS) с использованием керамики с высокой теплопроводностью по-прежнему требуется надежное решение для несоответствия КТР между керамическим и металлическим соединением, вызывающего расслоение и отказ от образования трещин в суровых условиях, таких как среда с циклическими температурами. Кроме того, для высокоэффективных характеристик теплопередачи IMS может потребоваться ультратонкий изоляционный слой с высоким напряжением пробоя диэлектрика в сочетании с высокой механической прочностью, что обеспечивает как низкое тепловое сопротивление, так и низкий профиль корпуса устройства и модуля большой мощности.

Реклама

Благодарности

Работа выполнена при поддержке программы конвергенции исследований и разработок MSIP (Министерство науки, ИКТ и планирования будущего) и NST (Национальный исследовательский совет по науке и технологиям) Республики Корея (грант № CAP -13-02-ЭТРИ).

Реклама

Конфликт интересов

Нет.

Ссылки

  1. 1. Franco Júnior A, Shanafield DJ. Теплопроводность керамики из поликристаллического нитрида алюминия (AlN). Керамика. 2004;50(315). DOI: 10.1590/S0366-604000300012
  2. 2. Чой Х.С., Им Х.Н., Ким Ю.М., Чаван А., Сонг С.Дж. Структурные, термические и механические свойства керамики из нитрида алюминия с CeO 2 в качестве вспомогательного средства для спекания. Керамика Интернэшнл. 2016;42:11519-11524. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.04.028
  3. 3. He X, Yea F, Zhanga H, Liu L. Влияние содержания Sm 2 O 3 на микроструктуру и теплопроводность керамики AlN, спеченной в искровой плазме. Журнал сплавов и соединений. 2009 г.;482:345-348. DOI: 10.1016/j.jallcom.2009.04.013
  4. 4. Kobayashi R, Ohishi K, Tu R, Goto T. Спекание, микроструктура и теплопроводность плотной керамики AlN, обработанной искровым плазменным спеканием с Y 2 O 3 –CaO–B добавки. Керамика Интернэшнл. 2015;41:1897-1901. DOI: 10.1016/j.ceramint.2014.09.040
  5. 5. Lee HM, Kim DK. Высокопрочная керамика AlN методом низкотемпературного спекания с содобавками CaZrO 3 –Y 2 O 3 . Журнал Европейского керамического общества. 2014;34:3627-3633. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2014.05.008
  6. 6. Simsek ING, Nistal A, García E, Pérez-Coll D, Miranzo P, Osendi MI. Влияние нанопластинок графена на тепловые и электрические свойства керамики из нитрида алюминия. Журнал Европейского керамического общества. 2017; 37:3721-3729. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2016.12.044
  7. 7. Yun C, Feng Y, Qiu T, Yang J, Li X, Yu L. Механические, электрические и тепловые свойства композитов графеновый нанолист/нитрид алюминия. Керамика Интернэшнл. 2015;41(7):8643-8649. DOI: 10.1016/j.ceramint.2015.03.075
  8. 8. Xia H, Zhang X, Shi Z, Zhao C, Li Y, Wang J. Механические и термические свойства керамических композитов из нитрида алюминия, армированных восстановленным оксидом графена. Материаловедение и инженерия А. 2015;639:29-36. DOI: 10.1016/j.msea.2015.04.091
  9. 9. Liang H, Zengn Y, Zuo K, Xia Y, Yao D, Yin J. Механические свойства и теплопроводность Si 3 N 4 керамики с YF 3 и MgO в качестве спекающих добавок. Керамика Интернэшнл. 2016;42:15679-15686. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.07.024
  10. 10. Миядзаки Х., Йошизава Ю., Хирао К. Изготовление керамики из нитрида кремния с высокой теплопроводностью и низкими диэлектрическими потерями. Материаловедение и инженерия Б. 2009;161:198-201. DOI: 10.1016/j.mseb.2008.11.029
  11. 11. Golla BR, Ko JW, Kim HD. Обработка и характеристика спеченной керамики Si 3 N 4 на реакционной связке. Международный журнал тугоплавких металлов и твердых материалов. 2017;68:75-83. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2017.07.005
  12. 12. Lee HM, Lee EB, Kim DL, Kim DK. Сравнительное исследование оксидных и неоксидных добавок в высокотеплопроводный и высокопрочный Si 3 N 4 керамика. Керамика Интернэшнл. 2016;42:17466-17471. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.08.051
  13. 13. Yuan C, Xie B, Huang M, Wu R, Luo X. Повышение теплопроводности композитов, ориентированных на пластинки, с объемной долей от 10% до 20%. Международный журнал тепло- и массообмена. 2016;94:20-28. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.11.045
  14. 14. Han Y, Lva S, Haob C, Dinga F, Zhanga Y. Повышение теплопроводности BN/силиконовых композитов, отвержденных под действием электрического поля: формирование формы, теплопроводность, и анизотропии структуры упаковки частиц. Термохимика Акта. 2012;529: 68-73. DOI: 10.1016/j.tca.2011.11.029
  15. 15. Cho HB, Nakayama T, Suematsu H, Suzuki T, Jiang W, Niihara K, Song E, Eom NA, Kim S, Choa YH. Изолирующие полимерные нанокомпозиты с путями высокой теплопроводности с помощью линейных плотно упакованных нанолистов нитрида бора. Композиты Наука и техника. 2016;129:205-213. DOI: 10.1016/j.compscitech.2016.04.033
  16. 16. Zhang J, Wang X, Yu C, Li Q, Li Z, Li C, Lu H, Zhang Q, Zhao J, Hu M, Yao Y. A facile метод получения гибких композитов нитрид бора/поли(виниловый спирт) с повышенной теплопроводностью. Композиты Наука и техника. 2017;149:41-47. DOI: 10.1016/j.compscitech.2017.06.008
  17. 17. He X, Gong Q, Guo Y, Liu J. Микроструктура и свойства композитов AlN-BN, полученных методом искрового плазменного спекания. Журнал сплавов и соединений. 2016; 675:168-173. DOI: 10.1016/j.jallcom.2016.03.058
  18. 18. Li YL, Zhang J, Zhang JX. Изготовление и теплопроводность керамики AlN/BN методом искрового плазменного спекания. Керамика Интернэшнл. 2009;35:2219-2224. DOI: 10.1016/j.ceramint.2008.12.003
  19. 19. Zhao H, Wang W, Fu Z, Wang H. Теплопроводность и диэлектрические свойства керамических композитов AlN–BN, спеченных горячим прессованием. Керамика Интернэшнл. 2009 г.;35:105-109. DOI: 10.1016/j.ceramint.2007.09.111
  20. 20. Wilk A, Rutkowski P, Zientara D, Bu’cko MM. Композиты оксинитрид алюминия–гексагональный нитрид бора с анизотропными свойствами. Журнал Европейского керамического общества. 2016;36:2087-2092. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2016.02.029
  21. 21. Ким К., Ю Х., Ким Дж. Ориентация наполнителя композита на основе нитрида бора с помощью внешнего электрического поля для повышения теплопроводности. Керамика Интернэшнл. 2016;42:8657-8663. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.02.098
  22. 22. Zhan Y, Long Z, Wan X, Zhan C, Zhang J, He Y. Повышенная диэлектрическая проницаемость и теплопроводность композитов гексагональный нитрид бора/поли(ариленэфирнитрил) за счет магнитного выравнивания и совместной модификации, вдохновленной мидиями. . Керамика Интернэшнл. 2017;43:12109-12119. DOI: 10.1016/j.ceramint.2017.06.068
  23. 23. Jang I, Shin KH, Yang I, Kim H, Kim J, Kim WH, Jeon SW, Kim JP. Повышение теплопроводности композита BN/эпоксидной смолы за счет модификации поверхности силановыми связующими агентами. Коллоиды и поверхности А: физико-химические и технические аспекты. 2017;518:64-72. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2017.01.011
  24. 24. Ли С.Т., Ким Х.Т., Нахм С., Ли С.Х., Ли С.Г. Изготовление керамических гибридных материалов с высокой теплопроводностью для силовой электроники и интегрированных корпусов. В: Материалы HEFAT; 20-23 июля 2015 г.
  25. 25. Zhou Y, Wang H, Wang L, Yu K, Lin Z, He L, Bai Y. Изготовление и определение характеристик полимерных матричных композитов на основе нитрида алюминия с высокой теплопроводностью и низкой диэлектрической проницаемостью для электронных корпусов . Материаловедение и инженерия Б. 2012;177:892-896. DOI: 10. 1016/j.mseb.2012.03.056
  26. 26. Ху М., Фэн Дж., Нг К.М. Теплопроводные композиты PP/AlN с трехмерной сегрегированной структурой. Композиты Наука и техника. 2015;110:26-34. DOI: 10.1016/j.compscitech.2015.01.019
  27. 27. Возняк М., Анна Данельска А., Рутковски П., Ката Д. Теплопроводность высоконагруженных дисперсий нитрида алюминия и поли(пропиленгликоля). Международный журнал тепло- и массообмена. 2013;65:592-598. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2013.06.048
  28. 28. Chen C, Hou F, Liu F, She Q, Cao L, Wan L. Анализ термомеханической надежности радиочастотного SiP-модуля на основе LTCC-подложки. Микроэлектроника Надежность. 2017;79: 38-47. DOI: 10.1016/j.microrel.2017.10.003
  29. 29. Новак Д., Дзидзич А. Пакет LTCC для высокотемпературных приложений. Микроэлектроника Надежность. 2011;51:1241-1244
  30. 30. Чутани Р.К., Галлиу С., Пассилли Н., Горецки С., Ситоманиеми А. , Хейккинен М., Каутио К., Керанен А., Йорно А. Термическое управление полностью упакованной LTCC испарительной ячейкой Cs для МЭМС атомные часы. Sensors and Actuators A. 2012;174:58-68
  31. 31. Jiang B, Muralt P, Maeder T. Керамические конфорки мезомасштаба – игровая площадка для высокотемпературных микросистем. Датчики и приводы Б. 2015;221:823-834
  32. 32. Васудев А., Каушик А., Томизава Й., Норена Н., Бхансали С. Микрожидкостная система на основе LTCC для безметочного электрохимического обнаружения кортизола. Датчики и приводы Б. 2013;182:139-146. DOI: 10.1016/j.snb.2013.02.096
  33. 33. Kang M, Kang S. Влияние добавок Al 2 O 3 на механизм кристаллизации и свойства гибридной стеклокерамики диопсид/анортит для упаковочных материалов для светодиодов . Журнал роста кристаллов. 2011;326:124-127. DOI: 10.106/j.jcrysgro.2011.01.081
  34. 34. Лю С., Ли С., Ю С., Чанг З. , Че П., Чжоу Дж. Путь изготовления белого светодиода с использованием люминесцентной низкотемпературной керамики совместного обжига. Журнал сплавов и соединений. 2016;655:203-207. DOI: 10.1016/j.jallcom.2015.09.177
  35. 35. Дин Ю., Лю Ю.С., Ли С., Ван Р., Чжоу Дж. Люминесцентная низкотемпературная керамика совместного обжига для мощных светодиодов. Журнал сплавов и соединений. 2012;521:35-38. DOI: 10.1016/j.jallcom.2011.12.143
  36. 36. Bienert C, Roosen A. Характеристика и улучшение композитных материалов LTCC для применения при повышенных температурах. Журнал Европейского керамического общества. 2010;30:369-374. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2009.05.023
  37. 37. Себастьян М.Т., Янтунен Х. Диэлектрические материалы с низкими потерями для приложений LTCC: обзор. Международные обзоры материалов. 2018;53:57-90. DOI: 10.1179/174328008X277524
  38. 38. Голонка Л.Ю. Технология и применение датчиков и микросистем на основе низкотемпературной керамики совместного обжига (LTCC). Вестник Польской академии наук, технических наук. 2006; 54:221-231
  39. 39. http://natelems.com/wp-content/uploads/2014/10/Natel-LTCC-Quick Ref.pdf. Гератапе™ CT2000
  40. 40. http://www.dupont.com, DataSheetofDupontTM Green TapeTM 951
  41. 41. http://www.dupont.com, DataSheetofDupontTM Green TapeTM 9K7
  42. 42. http://www.ltcc-consulting. com/LTCC_technology_materials
  43. 43. http://www.dupont.com/content/dam/assets/products-and-services/electronic-electrical material/ assets/datasheets/prodlib/943LowLossTape.pdf
  44. 44. http:/ /www.murata.com-Технология субстрата LTCC Murata: LFC Series
  45. 45. Jang S, Kang S. Влияние соотношения MgO/CaO на свойства MgO–CaO–Al 2 O 3 –SiO 2 стеклокерамика для корпусов светодиодов. Керамика Интернэшнл. 2012;38S:S543-S546. DOI: 10.1016/j.ceramint. 2011.05.073
  46. 46. Induja IJ, Abhilash P, Arun S, Surendran KP, Sebastian MT. Ленты LTCC на основе стекла Al 2 O 3 –ББСЗ с улучшенной теплопроводностью. Керамика Интернэшнл. 2015;41:13572-13581. DOI: 10.1016/j.ceramint.2015.07.152
  47. 47. Kim HT, Kim SH, Nahm S, Byun JD. Низкотемпературное спекание и микроволновые диэлектрические свойства смесей метатитаната цинка с рутилом с использованием бора. Журнал Американского керамического общества. 1999;82(11):3043-3048. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1999.tb02200.x
  48. 48. Mukhopadhyay A, Otieno G, Chu BTT, Wallwork A, Green MLH, Todd RI. Тепловые и электрические свойства алюмоборосиликатной стеклокерамики, содержащей многослойные углеродные нанотрубки. Скрипта Материалия. 2011;65:408-411. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2011.05.023
  49. 49. Ma M, Liu Z, Li Y, Zeng Y, Yao D. Теплопроводность низкотемпературных спеченных кальциево-алюмосиликатных стекловолоконных композитов с нитридом кремния. Керамика Интернэшнл. 2013;39: 4683-4687. DOI: 10.1016/j.ceramint.2012.11.056
  50. 50. Арун С., Себастьян М.Т., Сурендран К.П. Li 2 ZnTi 3 O 8 Ленты с высоким значением κ LTCC для улучшенного управления температурой в гибридных схемах. Керамика Интернэшнл. 2017;43:5509-5516. DOI: 10.106/j.ceramint.2017.01.073
  51. 51. Feng D, Li Z, Zhu Y, Ji H. Влияние размера алмазных частиц на термические и механические свойства стеклоалмазных композитов. Материаловедение и инженерия Б. 2018; 227:122-128. DOI: 10.1016/j.mseb.2017.10.017
  52. 52. Wang S, Zhang D, Ouyang X, Wang Y, Liu G. Влияние одномерных материалов на теплопроводность Al 2 O 3 /стеклокомпозит. Журнал сплавов и соединений. 2016;667:23-28. DOI: 10.1016/j.jallcom.2016.01.120
  53. 53. Ma M, Liu Z, Li Y, Zeng Y, Yao D. Повышенная теплопроводность низкотемпературных спеченных композитов боросиликатного стекла и AlN с β-Si 3 N 4 усы. Журнал Европейского керамического общества. 2013;33:833-839. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2012.09.030
  54. 54. Валант М., Суворов Д. Безстекольная низкотемпературная керамика совместного обжига: германаты кальция, силикаты и теллураты. Журнал Европейского керамического общества. 2004; 24:1715-1719. DOI: 10.1016/S0955-2219(03)00483-7
  55. 55. Bian JJ, Kim DW, Hong KS. Не содержащая стекла LTCC микроволновая диэлектрическая керамика. Бюллетень исследования материалов. 2005;40:2120-2129. DOI: 10.1016/j. materresbull.2005.07.003
  56. 56. Томас Д., Абхилаш П., Себастьян М.Т. Отливка и характеристика LiMgPO 4 Лента LTCC без содержания стекла для использования в микроволновых печах. Журнал Европейского керамического общества. 2013;33:87-93. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2012.08.002
  57. 57. Abhilash P, Sebastian MT, Surendran KP. Не содержащие стекла ленты LTCC из Bi 4 (SiO 4 ) 3 с высоким содержанием твердых частиц. Журнал Европейского керамического общества. 2015;35:2313-2320. DOI: 10.106/j.jeurceramsoc.2015.02.002
  58. 58. Zhou H, Wang N, Gong J, Fan G, Chen X. Обработка Li 9 без содержания стекла при низком обжиге0248 2 MgTi 3 O 8 микроволновая диэлектрическая керамика. Журнал сплавов и соединений. 2016;688:8-13. DOI: 10.1016/j.jallcom.2016.07.214
  59. 59. Бьян Дж.Дж., Ю К., Хе Дж.Дж. Отливка ленты и характеристика Li 2,08 TiO 3 -LiF LTCC без содержания стекла для микроволновых применений. Журнал Европейского керамического общества. 2017;37:647-653. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2016.09.022
  60. 60. Ван З., Фрир Р. Цинково-молибдатная керамика с низкой температурой обжига для диэлектрических и изоляционных применений. Журнал Европейского керамического общества. 2015;35:3033-3042. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2015.04.020

Разделы

Информация о авторе

  • 1. Введение
  • 2. Высокая теплопроводность Ceramics и их композиты
  • 3. ОБЩИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ПРОВЕДОВ
  • 9004 9000. 18187 и будущие проповедники 9000 9000 9. 818187 и будущие. Автор:

    Hyo Tae Kim

    Опубликовано: 15 ноября 2017 г. Отредактировано: 21 февраля 2018 г. Опубликовано: 27 июня 2018 г.

    СКАЧАТЬ БЕСПЛАТНО

    © 2018 Автор(ы). Лицензиат IntechOpen. Эта глава распространяется в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution 3.0, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.

    IntechOpen стремится обеспечить публикацию оригинальных материалов, в то же время предоставляя нашим Авторам значительную свободу. С этой целью мы поддерживаем гибкую Политику авторских прав, гарантирующую, что авторские права не передаются издателю, а Авторы сохраняют исключительные авторские права на свою Работу.

    Соответствующий автор (действующий от имени всех Авторов) и INTECHOPEN LIMITED, зарегистрированная в Англии и Уэльсе под номером компании 11086078 и зарегистрированным офисом по адресу: 5 Princes Gate Court, London, United Kingdom, SW7 2QJ, заключают следующее Соглашение относительно публикация Главы Книги:

    Автор, ответственный за корреспонденцию: Автор Главы, подписавший настоящее Соглашение. Соответствующий автор действует от имени любого другого соавтора.

    Книга: Публикация в виде сборника глав, составленная IntechOpen, включая главу. Глава: Оригинальное литературное произведение, созданное Автором-корреспондентом и любым Соавтором, являющееся предметом настоящего Соглашения.

    2.1 В соответствии со следующей статьей, Соавтор предоставляет и гарантирует, что каждый Соавтор предоставляет IntechOpen в течение всего срока действия авторского права и любых продлений или продлений этого срока следующее:

    Вышеупомянутые лицензии остается в силе после истечения срока действия или расторжения настоящего Соглашения по любой причине.

    2.2 Автор, ответственный за переписку (от своего собственного имени и от имени любого соавтора) оставляет за собой следующие права на главу, но соглашается не осуществлять их таким образом, чтобы неблагоприятно повлиять на способность IntechOpen использовать все преимущества настоящего Соглашения о публикации: (i) права на воспроизведение во всем мире, за исключением тех, которые существуют в типографском оформлении Главы, опубликованной IntechOpen; и (ii) права государственного кредитования, возникающие в соответствии с Законом о праве государственного кредитования 1979 с внесенными время от времени поправками, а также любые аналогичные права, возникающие в любой части мира.

    Соответствующий автор подтверждает, что он (и любой соавтор) является и останется членом любого применимого общества по лицензированию и сбору платежей и любым правопреемником этого органа, ответственного за управление роялти за репрографическое воспроизведение произведений, защищенных авторским правом.

    В соответствии с предоставленной выше лицензией авторские права на главу и все ее версии, созданные в процессе редактирования IntechOpen (включая опубликованную версию), сохраняются за соответствующим автором и любым соавтором.

    В соответствии с лицензией, предоставленной выше, соответствующий автор и любой соавтор сохраняют за собой патент, товарный знак и другие права интеллектуальной собственности на главу.

    2.3 Все права, предоставленные IntechOpen в этой статье, могут быть переуступлены, сублицензированы или иным образом переданы третьим сторонам без специального разрешения соответствующего автора или любого соавтора.

    2.4 Соответствующий автор (от своего имени и от имени каждого соавтора) не будет отстаивать какие-либо права в соответствии с Законом об авторском праве, промышленных образцах и патентах 1988 возражать против уничижительного обращения с Главой вследствие внесения IntechOpen в Главу изменений, связанных с ее переводом, исправлениями и правками в соответствии с собственным стилем, удалением проблемных материалов и другими разумными правками.

    3.1 При распространении или переиздании Главы Автор, ответственный за переписку, соглашается указать Книгу, в которой была опубликована Глава, в качестве источника первой публикации, а также IntechOpen. Соответствующий автор гарантирует, что каждый соавтор также будет указывать Книгу, в которой была опубликована Глава, в качестве источника первой публикации, а также IntechOpen, когда они распространяют или переиздают Главу.

    Ответственный автор будет нести ответственность за уплату сборов за публикацию в открытом доступе.

    Все платежи должны быть произведены в течение 30 дней с даты выставления счета. Автор-корреспондент или плательщик от имени Автора-корреспондента и соавторов будет нести все понесенные банковские и аналогичные расходы.

    3.3 Автор, ответственный за переписку, должен получить в письменной форме все согласия, необходимые для воспроизведения любых материалов, на которые существуют права третьих лиц, включая цитаты, фотографии и иллюстрации, во всех изданиях Главы по всему миру на весь срок действия вышеперечисленных лицензий и должен предоставить IntechOpen по запросу оригиналы таких разрешений для проверки (по выбору IntechOpen) или фотокопии таких согласий.

    Автор, ответственный за корреспонденцию, должен получить письменное информированное согласие на публикацию от людей, которые могут узнать себя или быть идентифицированными другими (например, из историй болезни или фотографий).

    3.4 Автор, ответственный за переписку, и любой Соавтор должны соблюдать права на конфиденциальность во время и после расторжения настоящего Соглашения. Информация, содержащаяся во всей переписке и документах в рамках издательской деятельности между IntechOpen и Автором-корреспондентом и любым Соавтором, является конфиденциальной и предназначена только для получателя. Содержание не может быть раскрыто публично и не предназначено для несанкционированного использования или распространения. Любое использование, разглашение, копирование или распространение запрещено и может быть незаконным.

    4.1 Автор, ответственный за переписку, заявляет и гарантирует, что Глава не нарушает и не будет нарушать какой-либо применимый закон или права какой-либо третьей стороны и, в частности, что Глава не содержит материалов, которые являются клеветническими или нарушают какие-либо литературные или имущественные права. права, права на интеллектуальную собственность или любые права на неприкосновенность частной жизни. Соответствующий автор гарантирует и заявляет, что: (i) данная глава является оригинальной работой их самих и любого соавтора и не скопирована полностью или по существу из какой-либо другой работы или материала или любого другого источника; (ii) глава не была официально опубликована ни в каком другом рецензируемом журнале, ни в книге, ни в отредактированном сборнике и не рассматривается для какой-либо такой публикации; (iii) они сами и любой соавтор являются квалифицированными лицами в соответствии со статьей 154 Закона об авторском праве, промышленных образцах и патентах 19.88; (iv) они сами и какой-либо Соавтор не передавали и не будут в течение срока действия настоящего Соглашения о публикации переуступать какие-либо права, предоставленные IntechOpen в соответствии с настоящим Соглашением о публикации; и (v) права, предоставленные настоящим Соглашением о публикации, свободны от каких-либо обеспечительных интересов, опционов, ипотеки, сборов или залога.

    Соответствующий автор также гарантирует и заявляет, что: (i) он имеет полное право заключать настоящее Соглашение о публикации от своего имени и от имени каждого соавтора; и (ii) они обладают необходимыми правами и/или правом собственности на Главу для предоставления IntechOpen от своего имени и от имени любого Соавтора прав и лицензий, указанных в настоящем Соглашении о публикации. Если Глава была подготовлена ​​совместно Автором-корреспондентом и каким-либо Соавтором, Автор-корреспондент гарантирует и заверяет, что: (i) каждый Соавтор соглашается на представление, лицензирование и публикацию Главы на условиях настоящего Соглашения о публикации; и (ii) они имеют право заключать настоящее Соглашение о публикации от имени каждого Соавтора и связывать его обязательствами. Автор-корреспондент должен: (i) обеспечить соблюдение каждым Соавтором всех соответствующих положений настоящего Соглашения о публикации, включая положения, касающиеся конфиденциальности, производительности и стандартов, как если бы он был стороной настоящего Соглашения о публикации; и (ii) несет основную ответственность за все действия и/или бездействие каждого такого Соавтора.

    Автор, ответственный за переписку, соглашается возместить ущерб и ограждать IntechOpen от ответственности в отношении всех обязательств, затрат, расходов, убытков и убытков, а также всех разумных судебных издержек и расходов, понесенных или понесенных IntechOpen в результате или в связи с любым нарушением вышеупомянутых заявлений и гарантий. . Это возмещение не распространяется на IntechOpen в той мере, в какой иск по нему является результатом небрежности или преднамеренного неправомерного поведения IntechOpen.

    4.2 Ничто в настоящем Соглашении о публикации не должно исключать или ограничивать любую ответственность за смерть или телесные повреждения, вызванные небрежностью, или любую другую ответственность, которая не может быть исключена или ограничена действующим законодательством.

    5.1 IntechOpen имеет право расторгнуть настоящее Соглашение о публикации по причинам качества, программы, техническим или другим причинам с немедленным вступлением в силу, включая, помимо прочего, (i) если соответствующий автор или любой соавтор совершит существенное нарушение настоящего Соглашения о публикации ; (ii) если соответствующий автор или любой соавтор (будучи физическим лицом) является предметом ходатайства, заявления или приказа о банкротстве; или (iii) если Автор-корреспондент или любой Соавтор (будучи компанией) начинает переговоры со всеми или любым классом своих кредиторов с целью реструктуризации любого из своих долгов, или делает предложение или заключает какой-либо компромисс или договоренность с любым из его кредиторов.

    В случае расторжения IntechOpen уведомит об этом Автора, ответственного за корреспонденцию, в письменной форме.

    6.1 Если этому не препятствуют события, находящиеся вне ее разумного контроля, IntechOpen по своему усмотрению соглашается опубликовать Главу, приписывая ее соответствующему автору и любому соавтору.

    6.2 IntechOpen имеет право использовать имена и изображения соответствующего автора и любого соавтора в связи с научным распространением, поиском, архивированием, веб-хостингом, продвижением и маркетингом Главы, а также имеет право связываться с соответствующими авторами. и любым соавтором до тех пор, пока глава не станет общедоступной на любой платформе, принадлежащей и/или управляемой IntechOpen.

    6.3 Компания IntechOpen уполномочена защищать права по настоящему Соглашению о публикации от имени соответствующего автора и любого соавтора в отношении третьих лиц (например, в случаях плагиата или нарушения авторских прав). В отношении любого такого нарушения или подозрения в нарушении авторских прав в Главе IntechOpen имеет абсолютную свободу действий при рассмотрении любого такого нарушения, которое может повлиять на права IntechOpen по настоящему Соглашению о публикации, включая возбуждение и проведение судебного разбирательства против подозреваемого нарушителя.

    7.1 Дополнительные гарантии: Автор, ответственный за переписку, должен и будет обеспечивать, чтобы любая соответствующая третья сторона (включая любого Соавтора) оформляла и доставляла любые дополнительные документы или акты и выполняла такие действия, которые IntechOpen время от времени обоснованно требует для с целью предоставления IntechOpen всех преимуществ положений настоящего Соглашения о публикации.

    7.2 Права третьих лиц: Лицо, не являющееся стороной настоящего Соглашения о публикации, не может применять какие-либо из его положений в соответствии с Законом о договорах (права третьих лиц) 19. 99.

    7.3 Полное соглашение: Настоящее Соглашение о публикации представляет собой полное соглашение между сторонами в отношении его предмета. Он заменяет и аннулирует все предыдущие соглашения, проекты соглашений, договоренности, дополнительные гарантии, дополнительные контракты, заявления, заверения, заверения и обязательства любого характера, сделанные сторонами или от их имени, будь то устные или письменные, в отношении этого предмета. Каждая сторона признает, что при заключении настоящего Соглашения о публикации она не полагалась ни на какие устные или письменные заявления, залоговые или иные гарантии, уверения, заверения или обязательства, сделанные другой стороной или от ее имени в отношении предмета настоящего Соглашение о публикации в любое время до его подписания (вместе «Преддоговорные заявления»), за исключением тех, которые изложены в настоящем Соглашении о публикации. Настоящим каждая сторона отказывается от всех прав и средств правовой защиты, которые в противном случае могли бы быть ей доступны в отношении таких Преддоговорных заявлений. Ничто в этом пункте не исключает и не ограничивает ответственность любой из сторон, возникающую в результате ее преднамеренного введения в заблуждение или умышленного сокрытия до заключения договора.

    7.4 Отказ от ответственности: неспособность или задержка со стороны какой-либо стороны в осуществлении какого-либо права или средства правовой защиты, предусмотренного настоящим Соглашением о публикации или законом, не является отказом от этого или любого другого права или средства правовой защиты, а также не препятствует или не ограничивает дальнейшее осуществление этого или любого другого права или средства правовой защиты. Никакое единичное или частичное осуществление такого права или средства правовой защиты не должно исключать или ограничивать дальнейшее осуществление этого или любого другого права или средства правовой защиты.

    7.5 Изменение: Никакое изменение настоящего Соглашения о публикации не имеет силы, если оно не оформлено в письменной форме и не подписано сторонами (или их должным образом уполномоченными представителями).

    7.6 Разделение: Если какое-либо положение или часть положения настоящего Соглашения о публикации является или становится недействительным, незаконным или лишенным исковой силы, оно считается измененным в минимальной степени, необходимой для того, чтобы сделать его действительным, законным и подлежащим исполнению. Если такое изменение невозможно, соответствующее положение или часть положения считается удаленным.

    Любое изменение или удаление положения или части положения в соответствии с этим пунктом не влияет на действительность и применимость остальной части настоящего Соглашения о публикации.

    7.7 Никакого партнерства: Ничто в настоящем Соглашении о публикации не предназначено и не должно рассматриваться как создание или создание какого-либо партнерства или совместного предприятия, или отношений принципала и агента, или работодателя и сотрудника между IntechOpen и Автором-корреспондентом или любым Соавтор, а также не разрешать какой-либо стороне брать на себя какие-либо обязательства или принимать на себя какие-либо обязательства от имени любой другой стороны.

    7.8 Применимое право: Настоящее Соглашение о публикации и любые споры или претензии (включая внедоговорные споры или претензии), возникающие из или в связи с ним, его предметом или формированием, регулируются и толкуются в соответствии с законом. Англии и Уэльса. Стороны подчиняются исключительной юрисдикции английских судов для разрешения любых споров или претензий, возникающих в связи с настоящим Соглашением о публикации (включая любые внедоговорные споры или претензии).

    Соответствующий автор (действующий от имени всех Авторов) и INTECHOPEN LIMITED, зарегистрированная в Англии и Уэльсе под номером компании 11086078 и зарегистрированным офисом по адресу: 5 Princes Gate Court, London, United Kingdom, SW7 2QJ, заключают следующее Соглашение относительно публикация Главы Книги:

    Автор, ответственный за корреспонденцию: Автор Главы, подписавший настоящее Соглашение. Соответствующий автор действует от имени любого другого соавтора.

    Книга: Публикация в виде сборника глав, составленная IntechOpen, включая главу. Глава: Оригинальное литературное произведение, созданное Автором-корреспондентом и любым Соавтором, являющееся предметом настоящего Соглашения.

    2.1 В соответствии со следующей статьей, Соавтор предоставляет и гарантирует, что каждый Соавтор предоставляет IntechOpen в течение всего срока действия авторского права и любых продлений или продлений этого срока следующее:

    Вышеупомянутые лицензии остается в силе после истечения срока действия или расторжения настоящего Соглашения по любой причине.

    2.2 Автор, ответственный за переписку (от своего собственного имени и от имени любого соавтора) оставляет за собой следующие права на главу, но соглашается не осуществлять их таким образом, чтобы неблагоприятно повлиять на способность IntechOpen использовать все преимущества настоящего Соглашения о публикации: (i) права на воспроизведение во всем мире, за исключением тех, которые существуют в типографском оформлении Главы, опубликованной IntechOpen; и (ii) права государственного кредитования, возникающие в соответствии с Законом о праве государственного кредитования 1979 с внесенными время от времени поправками, а также любые аналогичные права, возникающие в любой части мира.

    Соответствующий автор подтверждает, что он (и любой соавтор) является и останется членом любого применимого общества по лицензированию и сбору платежей и любым правопреемником этого органа, ответственного за управление роялти за репрографическое воспроизведение произведений, защищенных авторским правом.

    В соответствии с предоставленной выше лицензией авторские права на главу и все ее версии, созданные в процессе редактирования IntechOpen (включая опубликованную версию), сохраняются за соответствующим автором и любым соавтором.

    В соответствии с лицензией, предоставленной выше, соответствующий автор и любой соавтор сохраняют за собой патент, товарный знак и другие права интеллектуальной собственности на главу.

    2.3 Все права, предоставленные IntechOpen в этой статье, могут быть переуступлены, сублицензированы или иным образом переданы третьим сторонам без специального разрешения соответствующего автора или любого соавтора.

    2. 4 Соответствующий автор (от своего имени и от имени каждого соавтора) не будет отстаивать какие-либо права в соответствии с Законом об авторском праве, промышленных образцах и патентах 1988 возражать против уничижительного обращения с Главой вследствие внесения IntechOpen в Главу изменений, связанных с ее переводом, исправлениями и правками в соответствии с собственным стилем, удалением проблемных материалов и другими разумными правками.

    3.1 При распространении или переиздании Главы Автор, ответственный за переписку, соглашается указать Книгу, в которой была опубликована Глава, в качестве источника первой публикации, а также IntechOpen. Соответствующий автор гарантирует, что каждый соавтор также будет указывать Книгу, в которой была опубликована Глава, в качестве источника первой публикации, а также IntechOpen, когда они распространяют или переиздают Главу.

    Ответственный автор будет нести ответственность за уплату сборов за публикацию в открытом доступе.

    Все платежи должны быть произведены в течение 30 дней с даты выставления счета. Автор-корреспондент или плательщик от имени Автора-корреспондента и соавторов будет нести все понесенные банковские и аналогичные расходы.

    3.3 Автор, ответственный за переписку, должен получить в письменной форме все согласия, необходимые для воспроизведения любых материалов, на которые существуют права третьих лиц, включая цитаты, фотографии и иллюстрации, во всех изданиях Главы по всему миру на весь срок действия вышеперечисленных лицензий и должен предоставить IntechOpen по запросу оригиналы таких разрешений для проверки (по выбору IntechOpen) или фотокопии таких согласий.

    Автор, ответственный за корреспонденцию, должен получить письменное информированное согласие на публикацию от людей, которые могут узнать себя или быть идентифицированными другими (например, из историй болезни или фотографий).

    3.4 Автор, ответственный за переписку, и любой Соавтор должны соблюдать права на конфиденциальность во время и после расторжения настоящего Соглашения. Информация, содержащаяся во всей переписке и документах в рамках издательской деятельности между IntechOpen и Автором-корреспондентом и любым Соавтором, является конфиденциальной и предназначена только для получателя. Содержание не может быть раскрыто публично и не предназначено для несанкционированного использования или распространения. Любое использование, разглашение, копирование или распространение запрещено и может быть незаконным.

    4.1 Автор, ответственный за переписку, заявляет и гарантирует, что Глава не нарушает и не будет нарушать какой-либо применимый закон или права какой-либо третьей стороны и, в частности, что Глава не содержит материалов, которые являются клеветническими или нарушают какие-либо литературные или имущественные права. права, права на интеллектуальную собственность или любые права на неприкосновенность частной жизни. Соответствующий автор гарантирует и заявляет, что: (i) данная глава является оригинальной работой их самих и любого соавтора и не скопирована полностью или по существу из какой-либо другой работы или материала или любого другого источника; (ii) глава не была официально опубликована ни в каком другом рецензируемом журнале, ни в книге, ни в отредактированном сборнике и не рассматривается для какой-либо такой публикации; (iii) они сами и любой соавтор являются квалифицированными лицами в соответствии со статьей 154 Закона об авторском праве, промышленных образцах и патентах 19. 88; (iv) они сами и какой-либо Соавтор не передавали и не будут в течение срока действия настоящего Соглашения о публикации переуступать какие-либо права, предоставленные IntechOpen в соответствии с настоящим Соглашением о публикации; и (v) права, предоставленные настоящим Соглашением о публикации, свободны от каких-либо обеспечительных интересов, опционов, ипотеки, сборов или залога.

    Соответствующий автор также гарантирует и заявляет, что: (i) он имеет полное право заключать настоящее Соглашение о публикации от своего имени и от имени каждого соавтора; и (ii) они обладают необходимыми правами и/или правом собственности на Главу для предоставления IntechOpen от своего имени и от имени любого Соавтора прав и лицензий, указанных в настоящем Соглашении о публикации. Если Глава была подготовлена ​​совместно Автором-корреспондентом и каким-либо Соавтором, Автор-корреспондент гарантирует и заверяет, что: (i) каждый Соавтор соглашается на представление, лицензирование и публикацию Главы на условиях настоящего Соглашения о публикации; и (ii) они имеют право заключать настоящее Соглашение о публикации от имени каждого Соавтора и связывать его обязательствами. Автор-корреспондент должен: (i) обеспечить соблюдение каждым Соавтором всех соответствующих положений настоящего Соглашения о публикации, включая положения, касающиеся конфиденциальности, производительности и стандартов, как если бы он был стороной настоящего Соглашения о публикации; и (ii) несет основную ответственность за все действия и/или бездействие каждого такого Соавтора.

    Автор, ответственный за переписку, соглашается возместить ущерб и ограждать IntechOpen от ответственности в отношении всех обязательств, затрат, расходов, убытков и убытков, а также всех разумных судебных издержек и расходов, понесенных или понесенных IntechOpen в результате или в связи с любым нарушением вышеупомянутых заявлений и гарантий. . Это возмещение не распространяется на IntechOpen в той мере, в какой иск по нему является результатом небрежности или преднамеренного неправомерного поведения IntechOpen.

    4.2 Ничто в настоящем Соглашении о публикации не должно исключать или ограничивать любую ответственность за смерть или телесные повреждения, вызванные небрежностью, или любую другую ответственность, которая не может быть исключена или ограничена действующим законодательством.

    5.1 IntechOpen имеет право расторгнуть настоящее Соглашение о публикации по причинам качества, программы, техническим или другим причинам с немедленным вступлением в силу, включая, помимо прочего, (i) если соответствующий автор или любой соавтор совершит существенное нарушение настоящего Соглашения о публикации ; (ii) если соответствующий автор или любой соавтор (будучи физическим лицом) является предметом ходатайства, заявления или приказа о банкротстве; или (iii) если Автор-корреспондент или любой Соавтор (будучи компанией) начинает переговоры со всеми или любым классом своих кредиторов с целью реструктуризации любого из своих долгов, или делает предложение или заключает какой-либо компромисс или договоренность с любым из его кредиторов.

    В случае расторжения IntechOpen уведомит об этом Автора, ответственного за корреспонденцию, в письменной форме.

    6.1 Если этому не препятствуют события, находящиеся вне ее разумного контроля, IntechOpen по своему усмотрению соглашается опубликовать Главу, приписывая ее соответствующему автору и любому соавтору.

    6.2 IntechOpen имеет право использовать имена и изображения соответствующего автора и любого соавтора в связи с научным распространением, поиском, архивированием, веб-хостингом, продвижением и маркетингом Главы, а также имеет право связываться с соответствующими авторами. и любым соавтором до тех пор, пока глава не станет общедоступной на любой платформе, принадлежащей и/или управляемой IntechOpen.

    6.3 Компания IntechOpen уполномочена защищать права по настоящему Соглашению о публикации от имени соответствующего автора и любого соавтора в отношении третьих лиц (например, в случаях плагиата или нарушения авторских прав). В отношении любого такого нарушения или подозрения в нарушении авторских прав в Главе IntechOpen имеет абсолютную свободу действий при рассмотрении любого такого нарушения, которое может повлиять на права IntechOpen по настоящему Соглашению о публикации, включая возбуждение и проведение судебного разбирательства против подозреваемого нарушителя.

    7.1 Дополнительные гарантии: Автор, ответственный за переписку, должен и будет обеспечивать, чтобы любая соответствующая третья сторона (включая любого Соавтора) оформляла и доставляла любые дополнительные документы или акты и выполняла такие действия, которые IntechOpen время от времени обоснованно требует для с целью предоставления IntechOpen всех преимуществ положений настоящего Соглашения о публикации.

    7.2 Права третьих лиц: Лицо, не являющееся стороной настоящего Соглашения о публикации, не может применять какие-либо из его положений в соответствии с Законом о договорах (права третьих лиц) 19.99.

    7.3 Полное соглашение: Настоящее Соглашение о публикации представляет собой полное соглашение между сторонами в отношении его предмета. Он заменяет и аннулирует все предыдущие соглашения, проекты соглашений, договоренности, дополнительные гарантии, дополнительные контракты, заявления, заверения, заверения и обязательства любого характера, сделанные сторонами или от их имени, будь то устные или письменные, в отношении этого предмета. Каждая сторона признает, что при заключении настоящего Соглашения о публикации она не полагалась ни на какие устные или письменные заявления, залоговые или иные гарантии, уверения, заверения или обязательства, сделанные другой стороной или от ее имени в отношении предмета настоящего Соглашение о публикации в любое время до его подписания (вместе «Преддоговорные заявления»), за исключением тех, которые изложены в настоящем Соглашении о публикации. Настоящим каждая сторона отказывается от всех прав и средств правовой защиты, которые в противном случае могли бы быть ей доступны в отношении таких Преддоговорных заявлений. Ничто в этом пункте не исключает и не ограничивает ответственность любой из сторон, возникающую в результате ее преднамеренного введения в заблуждение или умышленного сокрытия до заключения договора.

    7.4 Отказ от ответственности: неспособность или задержка со стороны какой-либо стороны в осуществлении какого-либо права или средства правовой защиты, предусмотренного настоящим Соглашением о публикации или законом, не является отказом от этого или любого другого права или средства правовой защиты, а также не препятствует или не ограничивает дальнейшее осуществление этого или любого другого права или средства правовой защиты. Никакое единичное или частичное осуществление такого права или средства правовой защиты не должно исключать или ограничивать дальнейшее осуществление этого или любого другого права или средства правовой защиты.

    7.5 Изменение: Никакое изменение настоящего Соглашения о публикации не имеет силы, если оно не оформлено в письменной форме и не подписано сторонами (или их должным образом уполномоченными представителями).

    7.6 Разделение: Если какое-либо положение или часть положения настоящего Соглашения о публикации является или становится недействительным, незаконным или лишенным исковой силы, оно считается измененным в минимальной степени, необходимой для того, чтобы сделать его действительным, законным и подлежащим исполнению. Если такое изменение невозможно, соответствующее положение или часть положения считается удаленным.

    Любое изменение или удаление положения или части положения в соответствии с этим пунктом не влияет на действительность и применимость остальной части настоящего Соглашения о публикации.

    7.7 Никакого партнерства: Ничто в настоящем Соглашении о публикации не предназначено и не должно рассматриваться как создание или создание какого-либо партнерства или совместного предприятия, или отношений принципала и агента, или работодателя и сотрудника между IntechOpen и Автором-корреспондентом или любым Соавтор, а также не разрешать какой-либо стороне брать на себя какие-либо обязательства или принимать на себя какие-либо обязательства от имени любой другой стороны.

    7.8 Применимое право: Настоящее Соглашение о публикации и любые споры или претензии (включая внедоговорные споры или претензии), возникающие из или в связи с ним, его предметом или формированием, регулируются и толкуются в соответствии с законом. Англии и Уэльса. Стороны подчиняются исключительной юрисдикции английских судов для разрешения любых споров или претензий, возникающих в связи с настоящим Соглашением о публикации (включая любые внедоговорные споры или претензии).

    \r\n\tПреобразование нашего мира: Повестка дня в области устойчивого развития на период до 2030 г., одобренная Организацией Объединенных Наций и 193 государствами-членами, вступила в силу 1 января 2016 г. и служит руководством для принятия решений и действий до 2030 г. и далее. Центральное место в этой повестке дня занимают 17 целей, 169 связанных с ними задач и более 230 показателей, которые пересматриваются ежегодно. Видение, предусмотренное в реализации ЦУР, сосредоточено на пяти принципах: люди, планета, процветание, мир и партнерство. Этот призыв к новым целенаправленным усилиям гарантирует, что у нас будет безопасная и здоровая планета для нынешнего и будущих поколений.

    \r\n\tЭта серия посвящена исследованиям и прикладным исследованиям, связанным с пятью P, по следующим темам:

    \r\n\t1. Устойчивая экономика и справедливое общество, которые связаны с ЦУР 1 «Ликвидация бедности», ЦУР 2 «Ликвидация голода», ЦУР 8 «Достойная работа и экономический рост», ЦУР 10 «Сокращение неравенства», ЦУР 12 «Ответственное потребление и производство» и ЦУР 17 «Партнерство для достижения целей».

    \r\n\t2. Здоровье и благополучие с упором на ЦУР 3 (Хорошее здоровье и благополучие) и ЦУР 6 (Чистая вода и санитария 9)0014

    \r\n\t3. Инклюзивность и социальное равенство, включая ЦУР 4 по качественному образованию, ЦУР 5 по гендерному равенству и ЦУР 16 по миру, справедливости и сильным институтам

    \r\n\t4. Изменение климата и экологическая устойчивость, включая ЦУР 13 по борьбе с изменением климата, ЦУР 14 по жизни под водой и ЦУР 15 по жизни на суше

    \r\n\t5. Городское планирование и рациональное использование окружающей среды, включая ЦУР 7 по доступной чистой энергии, ЦУР 9 по промышленности, инновациям и инфраструктуре и ЦУР 11 по устойчивым городам и сообществам.

    \r\n\tСерия также направлена ​​на поддержку использования сквозных ЦУР, поскольку многие из перечисленных выше целей, задач и показателей взаимосвязаны, чтобы влиять на нашу жизнь и решения, которые мы принимаем ежедневно, делая их невозможно привязать к одной теме.

    \r\n\tВо всем мире экологический след растет быстрее, чем ВВП. Это явление изучается учеными уже много лет. Однако сейчас как никогда нужны четкие стратегии и действия. Каждый день человечество, от отдельных лиц до предприятий (государственных и частных) и правительств, призвано изменить свое мышление, чтобы найти благотворное сочетание для устойчивого развития. Устойчивое мышление предполагает, в первую очередь, эффективное и стратегическое управление доступными ресурсами, будь то природные, финансовые, человеческие или реляционные. Таким образом, стоимость создается за счет содействия росту, улучшению и социально-экономическому развитию сообществ и всех участников, составляющих цепочку создания стоимости. В ближайшие десятилетия нам нужно будет перейти от общества, в котором экономическое благополучие и здоровье измеряются ростом производства и потребления материалов, к обществу, в котором мы живем лучше, потребляя меньше. В этом контексте оцифровка может нарушить процессы, что будет иметь серьезные последствия для окружающей среды и устойчивого развития. Существует множество проблем, связанных с устойчивостью и цифровизацией, необходимостью рассмотрения новых бизнес-моделей, способных извлекать ценность, владение данными, их совместное использование и интеграция, а также сотрудничество по всей цепочке поставок продукта. Чтобы создать ценность, эффективная разработка сложной системы, основанной на принципах устойчивости, является сложной задачей, требующей глубокой приверженности как технологическим факторам, таким как данные и платформы, так и человеческим измерениям, таким как доверие и сотрудничество. Регулярные исследования, исследования и внедрение должны быть частью пути к устойчивым решениям. Следовательно, в этой теме будут проанализированы модели и методы роста, направленные на достижение справедливости между поколениями с точки зрения экономического, социального и экологического благополучия. Он также будет охватывать различные темы, в том числе оценку рисков в контексте устойчивой экономики и справедливого общества.

    \r\n\tУстойчивые подходы к здоровью и благополучию в нашем восстановлении после COVID 19 должны быть сосредоточены на экологических подходах, которые отдают приоритет нашим отношениям друг с другом и включают взаимодействие с природой, искусством и нашим наследием. Это гарантирует, что мы найдем способы жить в нашем мире, которые позволят нам и другим существам процветать. Мы больше не можем полагаться на медицинские подходы к здоровью, которые ждут, пока люди заболеют, прежде чем пытаться их лечить. Нам нужно жить в гармонии с природой и заново открывать для себя красоту и баланс в нашей повседневной жизни и окружающей среде, которые способствуют нашему благополучию и благополучию всех других существ на планете. Эта тема предоставит информацию и знания о том, как добиться этого изменения в здравоохранении, основанного на экологически устойчивых методах.

    \r\n\tЭта тема посвящена усилиям и продвижению ЦУР 4 ЮНЕСКО, инициативе ЮНЕСКО в отношении будущего образования и необходимости нового общественного договора в сфере образования. Он направлен на распространение знаний о политике, стратегиях, методах и технологиях, которые повышают устойчивость и устойчивость развития будущего образования и нового общественного договора в сфере образования. Он также рассмотрит глобальные проблемы, такие как глобализация, демографические изменения, цифровая трансформация, изменение климата, окружающая среда и социальные основы устойчивого развития.

    \r\n\tРеагирование на пандемию и предшествовавшее ей широкое недовольство должно основываться на новом общественном договоре и Новом глобальном курсе в области образования, который обеспечивает равные возможности для всех и уважает права и свободы всех людей (ЮНЕСКО; 2021 г.). ). Такой новый общественный договор, предложенный ЮНЕСКО, должен основываться на общих принципах, лежащих в основе прав человека, — включенность и равенство, сотрудничество и солидарность, коллективная ответственность и взаимосвязь, — и руководствоваться следующим основополагающим принципом: обеспечить каждому доступ к к качественному образованию на протяжении всей жизни.

    \r\n\tМы сталкиваемся с двойной задачей: выполнить невыполненное обещание обеспечить право на качественное образование для каждого ребенка, молодежи и взрослого, а также полностью реализовать преобразующий потенциал образования как пути к более устойчивое коллективное будущее. Для этого нам нужен новый общественный договор в сфере образования, который устранит неравенство и изменит будущее. Этот новый общественный договор должен основываться на правах человека и принципах недискриминации, социальной справедливости, уважения жизни, человеческого достоинства и культурного разнообразия. Она должна включать этику заботы, взаимности и солидарности. Новый общественный договор основывается на инклюзивности, справедливости, обучении на протяжении всей жизни, ЦУР, сотрудничестве и личном обучении в глобальном контексте демократии.

    \r\n\tНа международном уровне принятие рекомендации по открытым образовательным ресурсам и рекомендации по открытой науке представляет собой важный шаг на пути к построению более открытых и инклюзивных обществ знаний, а также к достижению Повестки дня ООН на период до 2030 года. Действительно, выполнение рекомендаций поможет достичь как минимум еще пяти Целей в области устойчивого развития (ЦУР), которые переплетаются с темой этой серии книг, а именно ЦУР 5 (Гендерное равенство), ЦУР 9 (Промышленность, инновации и инфраструктура), ЦУР 10. (Уменьшение неравенства внутри стран и между ними), ЦУР 16 (Мир, справедливость и сильные институты) и ЦУР 17 (Партнерство для достижения целей).

    \r\n\tУстойчивое развитие направлено на увязку экономического развития с защитой окружающей среды и социальным развитием для обеспечения будущего процветания людей и планеты. Для решения глобальных проблем развития и окружающей среды Генеральная Ассамблея Организации Объединенных Наций в 2015 году приняла 17 целей в области устойчивого развития. В ЦУР подчеркивается, что экологическая устойчивость должна быть тесно связана с социально-экономическим развитием, которое должно быть отделено от эскалации использования ресурсов и ухудшения состояния окружающей среды с целью снижения нагрузки на окружающую среду, повышения благосостояния людей и улучшения региональной справедливости. Более того, устойчивое развитие ищет баланс между человеческим развитием и уменьшением экологических/экологических предельных выгод. В условиях усиливающегося стресса, вызванного изменением климата, возникло множество экологических проблем, вызывающих серьезные последствия как в глобальном, так и в местном масштабе, что приводит к сокращению экосистемных услуг и утрате биоразнообразия. Отношения человечества с эксплуатацией ресурсов и защитой окружающей среды являются серьезной глобальной проблемой, поскольку в антропоцене возникают новые угрозы безопасности человека и окружающей среды. В настоящее время мир сталкивается с серьезными проблемами в области экологической устойчивости для защиты глобальной окружающей среды и восстановления деградировавших экосистем при сохранении человеческого развития с региональным равенством. Таким образом, экологическая устойчивость со здоровыми природными экосистемами имеет решающее значение для поддержания процветания человечества на нашей потеплевшей планете.

    \r\n\tЕсли мы стремимся к процветанию как общества и как вида, альтернативы развитию и росту, ориентированным на устойчивость, не существует. Устойчивое развитие больше не выбор, а необходимость для всех нас. Экосистемы и сохранение экосистемных услуг, а также инклюзивное городское развитие представляют собой многообещающие решения экологических проблем. В контексте акцент на изучении этих областей позволит нам выявить и определить критические факторы территориального успеха в предстоящие десятилетия, которые будут учитываться главными действующими лицами, лицами, принимающими решения и определяющими политику, техническими специалистами и общественностью в целом.

    \r\n\tПоэтому целостное городское планирование и управление окружающей средой являются важнейшими сферами, которые будут определять устойчивые траектории для нашей урбанизирующейся планеты. Эта тема городского и экологического планирования направлена ​​​​на привлечение материалов, которые касаются проблем и решений в области устойчивого городского развития, включая комплексное управление городскими водными ресурсами, планирование городской экономики замкнутого цикла, мониторинг рисков, планирование на случай непредвиденных обстоятельств и реагирование на стихийные бедствия, а также ряд других проблем и решений.

    Измерение теплопроводности керамики с помощью TLS-100

    Возможность точного измерения теплопроводности материалов имеет решающее значение для определения областей применения, для которых их свойства идеально подходят. Существует множество способов проверки теплопроводности керамики, однако не все методы одинаковы. Точность каждого метода является важным решающим фактором в дополнение к более практическим соображениям, таким как длина измерения и простота настройки теста.

    Портативная измерительная система Thermtest, TLS-100 (рис. 1), выполняет измерения теплопроводности и удельного сопротивления грунтов, твердых веществ и порошков в диапазоне от 0,1 до 5 Вт/мК. Измерения выполняются в соответствии со стандартом ASTM D5334 и имеют воспроизводимость 2% и точность 5%. Это оборудование является отличным и удобным выбором для использования в лаборатории и в полевых условиях и может работать в диапазоне температур от -40 до 100°C. На этой странице приложения мы продемонстрируем способность Thermtest TLS-100 измерять теплопроводность керамического стеатита и обожженного бисквитом глинозема, двух важных материалов для промышленного применения.

    Рис. 1. Thermtest TLS-100 — это мощный измеритель теплопроводности в удобном портативном корпусе.

    Стеатит, также известный как мыльный камень, высоко ценится за его термостойкость и изоляционные свойства. Он широко используется в электрических панелях, конструкции дровяных печей, столешниц и в качестве форм для расплавленного металла из-за его способности поглощать и медленно отдавать тепло, которому он подвергается, не становясь нестабильным или разрушаясь. Физические свойства этого материала могут различаться в разных карьерах из-за разного минерального состава и условий давления и температуры во время формирования. Как и стеатит, обожженный бисквитом глинозем используется в аэрокосмической, автомобильной и крупномасштабной промышленности благодаря своим изолирующим свойствам при высоких температурах. Это материал, который легко формуется и обрабатывается, и поэтому является удобным выбором.

    Рисунок 2 . Фотография форм из стеатита, используемых для создания металлических предметов. Стеатит отлично подходит для использования в качестве форм, так как обладает высокой термостойкостью. 1

    Процедура испытания теплопроводности керамики

    TLS-100 работает путем введения игольчатого зонда в образец и выполняет измерения в течение установленного периода времени, когда образец нагревается и оставляется для охлаждения. Эта установка приводит к минимальному повреждению образца из-за теста. Для этого конкретного испытания ученые Thermtest разрезали образцы обожженного бисквитом глинозема и стеатита на две части. Игольчатый зонд TLS-100 был покрыт тонким слоем термопасты, и две части каждого образца были зажаты вокруг зонда, обеспечивая превосходный тепловой контакт (рис. 3 и 4). Для каждого образца было проведено в общей сложности пять измерений с временем тестирования 120 секунд. TLS-100 одновременно измеряет как теплопроводность, так и удельное тепловое сопротивление.

    Рисунок 3. Диаграмма, иллюстрирующая метод, используемый для размещения игольчатого датчика TLS-100 между двумя образцами обожженного бисквитом глинозема и стеатита.

    Рис. 4. Фотографии испытательной установки, используемой для измерения теплопроводности керамического стеатита и обожженного бисквитом глинозема в лаборатории Thermtest.

    Результаты измерения теплопроводности керамики

    Значения теплопроводности и теплового сопротивления, измеренные прибором TLS-100, приведены в таблице 1. Средняя теплопроводность 5,077 Вт/мК была получена для обожженного бисквитом глинозема, что точно соответствует принятый диапазон теплопроводности для этого материала составляет от 5 до 5,25 Вт/мК. Значение 3,107 Вт/мК, полученное для образца стеатита, также хорошо соответствует эталонным материалам, которые обеспечивают теплопроводность стеатита 3 Вт/мК.

    Таблица 1. Теплопроводность керамики: Теплопроводность и тепловое сопротивление стеатита и обожженного бисквитом глинозема, полученные с использованием TLS-100 в лаборатории Thermtest.

    Глинозем бисквитного обжига Стеатит
    № теста Теплопроводность (Вт/м·К) Удельное тепловое сопротивление (мК/Вт) Тест # Теплопроводность (Вт/мК) Удельное тепловое сопротивление (мК/Вт)
    1 5.005 0,199 1 3,098 0,322
    2 4,953 0,201 2 3,076 0,325
    3 5,137 0,194 3 3,203 0,312
    4 5. 181 0,192 4 3,085 0,324
    5 5.108 0,195 5 3,075 0,325
    Среднее 5,077 0,196 Среднее значение 3,107 0,322

     

    Эти тесты демонстрируют способность Thermtest TLS-100 быстро и точно измерять теплопроводность керамики с минимальным повреждением самого образца. При поиске оборудования для измерения теплопроводности TLS-100 является отличным выбором, который можно использовать как в лаборатории, так и в полевых условиях на самых разных образцах.

     

    Тепловые свойства технической керамики

    1. Дом
    2. Материалы
    3. Почему Керамика?
    4. Тепловые свойства технической керамики

    Обзор
    Техническая керамика превосходит другие материалы, такие как металлы и сплавы, в приложениях, где в условиях экстремально высоких или низких температур требуются продукты, которые могут работать без сбоев при расширении и сжатии, плавлении или растрескивании. Керамика охватывает широкий спектр областей применения, где температурная прочность, точность и термостойкость являются ключом к успеху и безопасности в эксплуатации.

    Термические свойства характеризуют реакцию материала на изменения температуры. Многие из нашей технической керамики идеально подходят для конкретных тепловых характеристик, включая прецизионные высокотемпературные и низкотемпературные применения, за счет контроля свойств и структуры материала. Многие технические керамические рецептуры могут быть адаптированы к тепловым требованиям конкретного применения, где теплопроводность, коэффициент теплового расширения и стойкость к тепловому удару имеют решающее значение.

     

    Тепловые свойства технической керамики
    Теплопроводность
    Вт/м*К

    Теплопроводность показывает, насколько хорошо материал распределяет тепло внутри себя. Сковороды обладают высокой теплопроводностью, что позволяет равномерно распределяемому теплу быстро передавать пищу. С другой стороны, изолирующие перчатки используются для работы с горячими предметами, поскольку их низкая теплопроводность предотвращает передачу тепла на чувствительные руки. Техническая керамика необычайно универсальна и обладает широким диапазоном теплопроводности. Имея более 400 составов технической керамики в портфолио CoorsTek, мы будем работать с вами, чтобы найти оптимальный материал для вашего применения.

    Coefficient of Thermal Expansion ( 1X10 -6 / ° C)

    The coefficient of thermal expansion defines how much a material расширяется или сжимается в зависимости от внешней температуры. Большинство материалов набухают при нагревании, потому что энергия заставляет атомы двигаться быстрее, растягивая их связи. Керамика обычно имеет низкий коэффициент из-за сильных межатомных связей, что делает ее более стабильной в широком диапазоне температур.

    Удельная теплоемкость ( Дж/кг*К)

    Удельная теплоемкость показывает, насколько легко или сложно повысить температуру продукта. В высокотемпературных приложениях, где регулирование температуры имеет решающее значение, это измерение показывает, какие продукты будут работать лучше всего. Керамика обладает исключительными характеристиками, когда речь идет о высоких требованиях к удельной теплоемкости, превосходя сталь.

    Термостойкость ( ° C)

    Термостойкость измеряет способность выдерживать резкие и резкие перепады температуры. При быстром охлаждении сердцевина продукта остается, а поверхность охлаждается, что препятствует равномерному тепловому сжатию. Многие составы технической керамики обладают высокой устойчивостью к тепловому удару, то есть они минимально расширяются или сжимаются при экстремальных или быстрых изменениях температуры.

    Керамические материалы с высокими тепловыми характеристиками

    Глинозем:
    Глинозем (оксид алюминия, Al 2 O 3 ) является наиболее часто используемой технической керамикой с хорошими универсальными характеристиками Компания CoorsTek разработала более 100 оксидов алюминия, используемых в самых разных областях, с термической стойкостью 1500 ° C или более. Циркониевый закаленный оксид алюминия — это специальный оксид алюминия, разработанный для обеспечения высокой термостойкости и повышенной ударной вязкости.

     

    Нитрид алюминия – высокая теплопроводность:
    Нитриды алюминия сочетают высокую теплопроводность с высоким электрическим сопротивлением. Они являются отличным решением для многих электронных приложений, позволяя электрическим системам быстро рассеивать тепло для достижения максимальной эффективности.

     

    Кварц – устойчивость к тепловому удару и тепловое расширение:
    Синтетический кварц или плавленый кварц (оксид кремния, SiO 2 ) демонстрирует превосходную устойчивость к тепловому удару благодаря чрезвычайно низкому тепловому расширению и исключительной чистоте. Эти уникальные свойства и термическая стабильность позволяют использовать эту техническую керамику для быстрой термической обработки.

     

    Силикаты – термостойкость:
    Силикатная керамика представляет собой многофазные материалы, полученные из природных источников силикатов, таких как глина, каолин, полевой шпат и мыльный камень. Сегодняшние силикаты полезны для технических применений, таких как электрические изоляторы и химическое лабораторное оборудование.

     

    Карбид кремния – термическая стабильность
    Карбиды кремния (SiC) обладают высокой твердостью, износостойкостью, коррозионной стойкостью и прочностью при высоких температурах. Компания CoorsTek разработала множество процессов и композиций карбида кремния, которые обеспечивают свойства и характеристики, оптимизированные для конкретных требований применения.

     

    Нитрид кремния – жаропрочность и износостойкость:
    Нитриды кремния (Si 3 N 4 ) имеют уникальную структуру зерна, которая обеспечивает высокую прочность и ударную вязкость, а также исключительную стойкость к тепловому удару. Этот материал идеально подходит для применений с высокими динамическими нагрузками, термической стойкостью и высокими требованиями к надежности.

     

    Цирконий – высокая термостойкость
    Цирконий имеет уникальную кристаллическую структуру, которая сочетает в себе превосходную прочность, высокую вязкость разрушения, износостойкость и устойчивость к высоким температурам. Некоторые диоксиды циркония имеют специально разработанные кристаллические структуры, которые расширяются при образовании микротрещины, останавливая рост трещины и предотвращая хрупкое разрушение. Эти материалы идеально подходят для экстремальных механических сред, особенно для приложений, подверженных ударам.

     

    Области применения, требующие исключительных тепловых характеристик

    Вы ищете материал для высокотемпературного применения? Свяжитесь с командой CoorsTek, чтобы начать обсуждение потребностей и требований вашего приложения.

    Специалисты CoorsTek по технической керамике работают напрямую с клиентами, разрабатывая индивидуальные конструкции для широкого спектра применений. Усовершенствованные технические керамические материалы с превосходными тепловыми характеристиками очень ценны во многих современных высокотехнологичных отраслях.

    Наша керамика часто используется в следующих отраслях и областях применения:

     

    Аэрокосмическая и оборонная промышленность:
    Компоненты авиационных двигателей и силовые установки требуют технической керамики, которая может обеспечить высокие тепловые характеристики, необходимые для самых высоких требований в авиации. двигателей и передовых силовых установок. В наших шариках и подшипниках Cerbec® используется исключительная термическая прочность и износостойкость нитрида кремния 9.0019, которые не могут сравниться с другими материалами. Кроме того, трубы и стержни из современной технической керамики используются при литье по выплавляемым моделям для формирования лопаток авиационных газотурбинных двигателей, требующих высокотемпературных характеристик.

    Карбиды кремния разработаны и оптимизированы для приложений, требующих термической стабильности, таких как компоненты управления полетом . Эти материалы идеально подходят для изготовления зеркал и конструктивных элементов наземных или космических оптических систем, требующих термической стабильности на уровне пикселей в широком диапазоне температур.

    Компоненты системы управления жидкостью , используемые в клапанах, уплотнениях и гидравлических компонентах летательных аппаратов, требуют высоких эксплуатационных свойств технической керамики, в том числе работоспособности при высоких температурах, для соответствия жестким условиям эксплуатации двигателей и систем управления.

     


    Техническая керамика используется во многих аэрокосмических и оборонных целях
    из-за ее превосходных тепловых свойств, включая сверхзвуковые
    и гиперзвуковые приложения.

    Автомобильная промышленность:
    Шариковые подшипники и тела качения Cerbec® благодаря своей способности работать при более высоких скоростях и температурах идеально подходят для систем впрыска топлива, валов двигателей электромобилей в автомобильной технике. По минимальному тепловому расширению эти подшипники превосходят по своим характеристикам аналоги из стали.

     

    Запальники, изготовленные из технической керамики, используются в самых разных бытовых приборах, например, в печах, духовках и плитах.

    Потребительские товары и товары для дома:
    Керамические нагревательные элементы предназначены для обеспечения максимальной производительности, эффективности и надежности. Эти компоненты рассчитаны на длительный срок службы и превосходную термическую стабильность, включая высокие рабочие температуры, низкий коэффициент теплового расширения и превосходную стойкость к тепловому удару.

    Являясь давним экспертом в области керамических воспламенителей , мы предлагаем надежные керамические воспламенители с длительным сроком службы для воспламенения горячих поверхностей. Наши Запальники DuraGlo™ используются в системах газового отопления, печах, плитах, сушилках и других устройствах, где требуется техническая керамика с высокими тепловыми свойствами.

    Электроника:
    Терморегулирование, необходимое для светодиодов высокой яркости и HID-освещения достигается за счет превосходных тепловых характеристик и полупрозрачных деталей, изготовленных из нашей технической керамики. Технические керамические люминофоры и подложки используются в производстве светодиодов.

    Что касается дуговых трубок HID , у нас есть большой опыт в разработке и производстве больших объемов полупрозрачной керамики для этого применения. Наши материалы из поликристаллического оксида алюминия сочетают в себе высокую прозрачность с термической стабильностью, необходимой для самого яркого и требовательного освещения.

     

    Машины и оборудование: 
    Техническая керамика используется в широком спектре тяжелых, жестких компонентов торцевых уплотнений для различных применений, включая центробежные насосы, компрессоры и турбомашины, где требуются точные допуски для высокоскоростных работа, при которой трение вызывает чрезмерный износ (см. Механические свойства ) и высоких температурах. Каждое твердое лицевое уплотнение изготовлено таким образом, чтобы выдерживать тепловое расширение и проводимость, чтобы гарантировать сохранение формы и производительности.

     

    Полупроводник:
    Инженерная техническая керамика используется в полупроводниковой промышленности из-за ее превосходных тепловых характеристик в сочетании с другими свойствами материала. В частности, сверхчистая техническая керамика обеспечивает необходимую тепловую защиту в течение всего цикла обработка и изготовление полупроводниковых пластин.  Обычные печи и другое оборудование для быстрой термической обработки (RTP), используемое в процессе производства, требуют, чтобы материалы выдерживали температуру до 1200 °C.

    Усовершенствованная керамика высокой чистоты, обеспечивающая исключительную стойкость к тепловому удару и стабильность, идеально подходит для обработки полупластин, включая осаждение, диффузию и эпитаксиальный рост. Передовая техническая керамика особенно важна, когда речь идет о монокристалл, вытягивающий для полупроводниковых приложений. Тигли из нашей керамики способны выдерживать длительные высокие температуры и тепловые удары, возникающие в процессе производства.

     

    Дополнительные ресурсы

    Американское общество керамики: Структура и свойства керамики

     

    ПОДКЛЮЧЕНИЕ К COORSTEK
      Телефон
    • +1 303 271 7100
    • +1 855 929 7100

      (звонок бесплатный в Северной Америке)

    Региональный
  • Связаться с головным офисом корпорации
  • Контакты CoorsTek Азия
  • Контакты CoorsTek Европа
  • Расположение объектов
  • Пожалуйста, заполните форму ниже, чтобы продолжить загрузку

    Отправить или отменить

    Почему так важна теплопроводность керамики и полимеров?

    Тепловые свойства

    Тепловые потоки при разности температур. Различают три режима теплообмена: теплопроводность, излучение и конвекция. Проводимость и излучение являются фундаментальными физическими механизмами, в то время как конвекция на самом деле является проводимостью, на которую влияет поток жидкости.

    • Проводимость — обмен энергией при прямом взаимодействии между молекулами вещества, содержащего разность температур. Это происходит в газах, жидкостях или твердых телах и имеет прочную основу в молекулярно-кинетической теории физики.
    • Излучение — передача тепловой энергии в виде электромагнитных волн, испускаемых атомным и субатомным возбуждением на поверхности тела. Как и все электромагнитные волны (свет, рентгеновские лучи, микроволны), тепловое излучение распространяется со скоростью света, легче всего проходя через вакуум или почти «прозрачный» газ, такой как кислород или азот. Жидкости, «участвующие» газы, такие как углекислый газ и водяной пар, и стекла пропускают только часть падающего излучения. Большинство других твердых тел по существу непрозрачны для излучения.
    • Конвекция может быть описана как проводимость в жидкости, усиленная движением жидкости. Это может быть не совсем независимая мода
    тепла в отличие от тока в случае последнего. Он указывает на способность материала переносить теплоту из одной точки в другую без движения всего материала в целом, тем более теплопроводность лучше проводит тепло. Как правило, теплопередача в твердом теле (проводимость) состоит из двух компонентов:

    1. Решеточная теплопроводность
    2. Электронная теплопроводность

    Оба типа теплопроводности встречаются в твердых телах, но один преобладает над другим в зависимости от типа материала.

    0014

     

    В случае изоляционных материалов проводимость решетки способствует теплопроводности. Это в основном связано с тем, что в изоляторах электроны прочно удерживаются своими родительскими атомами, а свободных электронов не существует. Следовательно, тепло передается от одного конца к другому за счет вибрации атомов, удерживаемых в структуре решетки. Очевидно, что изоляторы являются плохими проводниками тепла, поскольку они не обладают достаточной способностью теплопередачи из-за отсутствия свободных электронов.

    Однако в случае металлов у нас есть большое количество свободных электронов, и, следовательно, теплопроводность в основном обусловлена ​​​​электронной проводимостью. Свободные электроны металлов могут свободно перемещаться по твердому телу и передавать тепловую энергию с очень высокой скоростью по сравнению с изоляторами. Благодаря этому металлы обладают высокой теплопроводностью. Замечено также, что среди металлов наилучшие электрические проводники также обладают наилучшей теплопроводностью. Поскольку как электрическая, так и теплопроводность зависят от свободных электронов, такие факторы, как легирование, влияют на оба свойства.

    Каждая из этих кристаллических систем обеспечивает различную плотность упаковки атомов. Металлы с ГЦК-структурой имеют самую высокую теплопроводность, поскольку они обладают самой высокой плотностью

    Figure 4: Crystalline structure

     

     

    Figure 5: Atomic packing factor

    Thermal conduction in ceramics and polymers

    Theory

    В этих материалах электроны несвободны, поэтому их вклад в электропроводность, а также в теплопроводность практически нулевой, за исключением очень высоких температур. В этом случае перенос тепла осуществляется не за счет движения электронов, а за счет колебаний самой решетки. Эта вибрация передается посредством распространения волн или, в двойственной концепции квантовой механики, посредством элементарных корпускул, называемых фононами.

    Фононы очень сложны, но концептуально фононы представляют собой волны колебаний в решетке твердого тела. Колебательная энергия в одной части твердого тела будет передаваться другим частям твердого тела в виде фононов. Что ограничивает скорость передачи тепла через этот механизм, так это рассеяние фононов. Существует несколько механизмов рассеяния фононов, которые могут ограничивать значение длины свободного пробега фононов. Механизмы рассеивания:

    • Взаимодействие между фононами «процессы переброса».
    • Рассеяние фононов точечными дефектами (см. рисунки 7-9), такими как примеси, изотопы; атомы кристалла с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов и т. д. Рассеяние фононов по границам образца или кристаллитов.
    • Рассеяние фононов на дислокациях.
    0291
    Figure 7: Defects in a crystal

     

    Figure 8: Typical point defects in a crystal

     

    Figure 9: Типичные линейные дефекты в кристалле

    Каждый механизм имеет связанную с ним длину свободного пробега; lunk, limp, lfo, ldis…, значения различных длин свободного пробега могут быть объединены для получения глобальной средней длины свободного пробега (l) (среднее расстояние, которое проходят фононы, не рассеиваясь и не взаимодействуя друг с другом, равно называется средней длиной свободного пробега).

    Уравнение 2

    На теплопроводность сильно влияют различные механизмы рассеяния фононов, которые могут проявляться при переносе тепловой энергии в твердых телах. Частота возникновения событий рассеяния фононов во многом определяет теплопроводность. Вот почему кристаллические вещества (например, алмаз) имеют более высокую теплопроводность, чем аморфные (такие как стекло или полимеры), поскольку фононы более рассеяны, когда у них нет упорядоченной кристаллической структуры, через которую они могут путешествовать.

    Как и в случае с электропроводностью, повышение температуры вызывает колебания большей амплитуды и энергии, а также способствует возбуждению некоторых электронов в сторону зоны проводимости, что приводит к увеличению проводимости с температурой. На следующем рисунке представлена ​​предыдущая гипотеза, в которой атомы колеблются вокруг своего положения равновесия в соответствии с моделью гармонического осциллятора.

    Рисунок 10: Модель вибрации

    Атомы колеблются вокруг своего положения равновесия, определяемого средним расстоянием от своих соседей, с определенной частотой и амплитудой. Характеристическая частота колебаний гармонического осциллятора подчиняется выражению:

    Ур. в каждом материале по-разному. Максимальная амплитуда вибрации A0 зависит от температуры T:

    Уравнение 4

    Повышение температуры вызывает колебания большей амплитуды и энергии, а также облегчается возбуждение некоторых электронов в направлении зоны проводимости, что приводит к увеличению проводимости с температурой. Проводимость увеличивается с увеличением температуры, модуля упругости и плотности материала. Теплопроводность в неметаллах можно оценить по соотношению:

    k = Ce (d · E ) 1/2  d Eq 5

     

    где:

    E  модуль упругости

    Величина d среднего пути вибрации увеличивается с ростом температуры материала, что объясняет наблюдаемое увеличение теплопроводности при нагревании материала. Приведенное выше уравнение оправдывает несколько экспериментально доказанных фактов:

    • Материалы с более компактной структурой и более высоким модулем упругости обладают более высокой электропроводностью.
    • Кристаллические твердые вещества имеют более высокую проводимость, чем аморфные.

    Силы и энергии связи

    Рассмотрение взаимодействия между двумя изолированными атомами, когда они сближаются из бесконечного расстояния.

    Рис. 11: Сила сцепления в зависимости от расстояния
    Figure 12: Atomic mechanism of elastic deformation

     

    Figure 13: Types of Bonds

     

    Примеры

    Металл против оксидов металлов

    Slack (1979) провел систематическое сравнение рассчитанных и измеренных коэффициентов теплопроводности для гранецентрированных кубических решеток. Более низкие теплопроводности наблюдаются при увеличении разницы атомных масс между анионами и катионами или при увеличении числа атомов, составляющих элементарную ячейку. В основном большая разность масс улучшает ангармонизм колебаний решетки, когда проводимости оксидов уменьшаются в ряду BeO → MgO → Al2O3. Такие аргументы применимы и к другим классам керамики, таким как нитриды или карбиды.

    Рисунок 14: Ионная связь/электроотрицательность

    . Показывает некоторые примеры, что термопроводные переводы. Столичности. оксиды

    160278
    Материал Вт/мК
    Mg MgO 38
    Al 237
    Al203 39
    Zn 106-140
    ZnO 54
    Ti 21. 9
    TiO2 5
    Si 140
    SiO2 1.2-1.5

     

    Figure 15: Thermal conductivity of metals at room temperature

     

     

    Figure 16: Ковалентная связь

     

    Оксиды металлов имеют более низкую теплопроводность, чем исходные металлы. Это связано со следующими факторами:

    • Electronegativity difference between atoms (ionic character)
    • Crystal structure of crystallization (packing density)
    • Defects in the crystal structure
    • Mass difference between atoms

     

    Figure 17: Comparison ионной и ковалентной связи

     

    Теплопроводность неметаллических кристаллов, включая большинство оксидов, показывает четыре различных режима при построении зависимости от температуры. Это показано на следующем рисунке. Ключом к пониманию температурной зависимости теплопроводности является понимание того, что фононы, ответственные за перенос тепла, подвергаются рассеянию, пропорциональному количеству присутствующих центров рассеяния, включая дефекты и другие фононы.

    • При низких температурах в режиме А или I очень мало тепловой энергии для возбуждения фононов. Следовательно, длина свободного пробега фонона ограничена физическими размерами материала, размером зерна и расстоянием между дислокациями. Проводимость в этой области быстро возрастает (∝ T 3 ), достигая таким образом области, где теплопроводность имеет максимальное значение, которую мы определяем как область II. Температурная зависимость теплопроводности T 3 должна тогда объясняться теплоемкостью, имеющей T 3 зависимость при очень низких температурах.
    • Режим B или II, , характеризующийся максимумом теплопроводности, возникает, когда длина свободного пробега фононов при столкновениях фононов с фононами равна длине пробега фононных дефектов. Хотя эта температура, безусловно, будет варьироваться в зависимости от типа и концентрации дефектов, это значение составляет приблизительно 0,1θD-0,2 θ. В области II вклады уменьшаются из-за влияния размера зерна, дислокаций и отсутствия гармонии (ангармонии) в сети.

     

    • При температурах выше этого пика в режиме C или III теплопроводность показывает зависимость 1/T. Это связано с тем, что преобладает ангармоническое рассеяние фононов из-за фонон-фононных взаимодействий. Если присутствует больше фононов, то вероятность рассеяния должна возрасти.

     

    • Наконец, при очень высоких температурах режим D или IV имеет тенденцию к отсутствию температурной зависимости. Физическое объяснение этого состоит в том, что фононы — это волны смещенных атомов, а длина свободного пробега не может быть уменьшена меньше, чем расстояние между двумя соседними атомами.

     

    Рис. 18. Зависимость теплопроводности от температуры для неметаллического кристалла. Четыре характеристических режима соответствуют различным процессам рассеяния

    Алмаз по сравнению с графитом

    Алмаз является одним из самых известных теплопроводников, чем многие другие металлы. Атомы углерода в алмазе присоединены к 4 другим атомам углерода, расположенным в вершинах тетраэдра. Следовательно, связь в алмазе представляет собой непрерывную и однородную трехмерную сеть одинарных С-С (сигма) связей. Графит, с другой стороны, формируется из атомов углерода, которые образуют непрерывную двумерную сеть сигма- и пи-связей. Эта двумерная решетка образует графитовые листы, но между листами мало связи, на самом деле расстояние между листами составляет колоссальные ~ 3,4 ангстрема.

     

     

    Это может навести нас на мысль, что теплопроводность листа двумерного графита выше, чем теплопроводность алмаза. листы будут очень низкими. Фактически это точное описание теплопроводности графита. Теплопроводность параллельно графитовым листам = 1950 Вт/мК, но теплопроводность перпендикулярно листу = 5,7 Вт/мК. Следовательно, если мы рассмотрим теплопроводность во всех возможных направлениях (анизотропную), алмаз будет лучше графита.

    Рисунок 19: Кристаллическая структура алмаза и графита

    . Причина, в частности, алмаз, в частности, особенно хорошо поведен в частном положении, даже по сравнению с ним, даже по сравнению с понимтным поведением. , сводится к двум факторам: массе атомов углерода и прочности связей, которые их соединяют.

    Поскольку гармонический осциллятор имеет более высокую частоту с более сильной пружиной (сила связей С-С) и более легкой массой (атомы С), алмаз может поддерживать фононы с более высокой энергией. Это означает, что при данной температуре вблизи границы материала в алмазе будет меньше фононов, чем в материале с меньшей границей. Детали не важны, но когда фононы вблизи границы взаимодействуют, они распространяются таким образом, что фононы не проходят сквозь структуру. Поскольку граница алмаза очень высока, вероятность такого рассеяния меньше.

    Фононы и электроны очень хорошо перемещаются по графеновым листам графита, но плохо между ними из-за слабого взаимодействия между слоями и большого расстояния между слоями, что объясняет анизотропию их тепло- и электронной проводимости.

    Рисунок 20: Аллотропы углерода

    То же самое происходит с кристаллизованными. но между слоями проводимость низкая.

    Рисунок 21: Структура NB и графена

     

    Его проводимость падает до значения 490 Вт / мк

    Силициум -карбид алмаз
    Рисунок 22: Кристал Структура силициума карбид VS
    Рисунок 22: Кристалл. 0296

     

    Материал со значением температуры окружающей среды К выше 100 Вт/м·К считается материалом с высокой теплопроводностью. На пределе высокой температуры выражение проводимости выглядит следующим образом: ΘD – температура Дебая. Этот результат предлагает четыре критерия для выбора материалов с высокой теплопроводностью:

    • низкая атомная масса,
    • сильная межатомная связь,
    • простая кристаллическая структура и
    • низкий ангармонизм.

     

    Условия (i) и (ii) помогают увеличить величину M¯ Θ3 D в уравнении условие (iii) означает малое число атомов в элементарной ячейке, что приводит к меньшему количеству оптических ветвей и, следовательно, к меньшему количеству ангармонических взаимодействий , а условие (iv) означает уменьшение силы ангармонических взаимодействий. Согласно этому предложению, по крайней мере 12 полупроводников и изоляторов могут быть отнесены к материалам с высокой теплопроводностью. В порядке уменьшения проводимости при комнатной температуре это: C (алмаз), BN, SiC, BeO, BP, AlN, BeS, BAs, GaN, Si, AlP и GaP. В следующей таблице показана теплопроводность следующих материалов:

     

    Таблица 2: Значения K при комнатной температуре для неметаллических монокристаллов с высокой теплопроводностью. Единицы измерения Вт/м К

     

    Из всего вышеизложенного теплопроводность зависит от:

    • Теплопроводность неметаллических материалов обусловлена ​​фононами (колебаниями кристаллической
    • Металлические материалы, основным механизмом передачи тепла являются электроны
    • Тип кристаллической решетки. Рассеяние фононов в разные стороны кристалла.
    • Упорядоченные структуры кристаллов
    • Примеси
    • Типы атомов (типы связей: ковалентная, ионная и т.д.)
    • Разница в массах между разными атомами.
    • Одноэлементные структуры или элементы аналогичного атомного веса (без искаженной решетки)

    Определение теплопроводности тонкой керамики

    Опубликовано Оливье Матье, менеджер по развитию рынка, 28 июля 2020 г.
    Advanced Electronics Solutions

    На этапе проектирования силового модуля инженеры выбирают компоненты, материалы и производственные технологии для выполнения требований в отношении производительности, надежности и затрат, установленных их клиентами. Чрезмерное проектирование может быть желательным, когда безопасность, надежность и производительность имеют решающее значение. Однако соотношение производительности и цены (или ватт на доллар) увеличивается с каждым новым поколением модулей. Следовательно, инженеры должны моделировать свои модули, чтобы они работали безопасно и в пределах своих ограничений. В частности, теплопроводность керамического сырья и ее зависимость от температуры являются важными параметрами, которые необходимо учитывать для создания надежной и экономичной конструкции. Давайте углубимся, чтобы понять, как определяется теплопроводность и насколько точны методы измерения.

    Теплопроводность описывает перенос энергии – в виде тепла – через тело массы в результате температурного градиента. Это внутреннее свойство однородного материала, которое описывает способность материала проводить тепло. Это свойство не зависит от размера, формы или ориентации материала. Его можно рассчитать с помощью следующего уравнения: λ (T) = ρ (T) * cp(T) * a(T)

    Где:

    λ (T): теплопроводность [Вт/м*K]

    ρ(T): плотность [г/см3]

    cp(T): удельная теплоемкость [Дж/г*K]

    a(T): температуропроводность [мм2/с]

    Плотность описывает соотношение между массой и объемом вещества. Удельная теплоемкость – это количество тепла, необходимое для повышения температуры одного грамма материала на один Кельвин. Температуропроводность показывает, насколько быстро материал реагирует на изменение температуры.

    Температуропроводность часто измеряется методом лазерной вспышки (LFA). Он включает в себя нагрев образца коротким импульсом энергии на одном конце и анализ изменения температуры на другом конце. Это требует точного измерения толщины образца с помощью микрометра. Наконечник измерительного зонда должен быть достаточно острым, чтобы исключить любую ошибку из-за изгиба образцов. Кроме того, тонкие образцы должны быть покрыты графитом, чтобы обеспечить хорошую связь лазерного источника с образцом. Кроме того, во избежание ошибок измерения требуется плотный и очень однородный графитовый слой. В связи с этим ручное распыление графита подвержено ошибкам, и предпочтение следует отдавать автоматизированной системе распыления. Наконец, результат измерения также зависит от ширины импульса лазера. В конце концов, для коэффициента температуропроводности характерна погрешность измерения в пределах трех процентов.

    Удельная теплоемкость материала обычно определяется путем измерения теплоемкости материала образца и деления ее на массу образца. Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) является наиболее часто используемым методом термического анализа для оценки теплоемкости материала. Измерения ДСК требуют, чтобы образцы были помещены в кювету для образцов, чтобы избежать прямого контакта между образцом и печью и/или датчиком. Особая осторожность требуется при выборе чашек и обращении с ними, поскольку это может существенно повлиять на воспроизводимость результатов измерений. Для этого метода измерения диапазон неопределенности обычно составляет пять процентов.

    Плотность в зависимости от температуры ρ(T) определяется путем измерения коэффициента теплового расширения (КТР) и плотности при комнатной температуре ρ0(RT). Плотность при комнатной температуре можно измерить методом плавучести. Он включает в себя взвешивание образца дважды в двух разных средах, обычно в воздухе и жидкости. Зная плотности воздуха и наносимой жидкости, можно рассчитать плотность образца. Это звучит просто, но измерение плотности тонкой керамики требует особой осторожности. Коэффициент теплового расширения α(T) измеряют с помощью термомеханического анализа (ТМА). Тонкие керамические материалы обычно укладываются друг на друга для достижения требуемой толщины образца 3 мм. Это приводит к неоднородному образцу с проблемами деформации при температуре. Наконец, α(T) определяется только в направлении z. Опять же, для этого метода измерения типична погрешность в диапазоне пяти процентов.

    В конечном итоге теплопроводность рассчитывается на основе результатов измерений и их неопределенностей для каждой из трех переменных. Это приводит к еще более высокой неопределенности, обычно в диапазоне 20%. Тем не менее, на протяжении многих лет мы измеряли и рассчитывали теплопроводность наших керамических материалов и различных поставщиков. Теплопроводность зависит от температуры и уменьшается с ее повышением. Эти значения особенно полезны для моделирования тепловых характеристик данного силового модуля и доступны по запросу.

    Таким образом, определение теплопроводности является очень сложной задачей. Для этого требуется знание образца, включая его геометрию, размер и метод подготовки. Понимание основ и процедур метода тестирования является еще одним необходимым условием. Наконец, важно знать о потенциальных источниках ошибок, которые могут повлиять на результаты.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.