Теплопроводность керамики: Теплопроводность, теплоемкость, плотность керамики и огнеупоров: таблицы значений

Теплопроводность, теплоемкость, плотность керамики и огнеупоров: таблицы значений

Теплопроводность и плотность керамики, огнеупоров

В таблице представлены значения плотности, пористости П, теплопроводности керамики и огнеупоров в зависимости от температуры. Свойства керамики и огнеупоров в таблице даны для температуры от 200 до 1600°С.

Содержание оксида алюминия Al₂O₃ в изделиях находится в пределах от 28 до более 90%; содержание оксида кремния SiO₂ в керамике от 25 до более 97%; содержание оксида циркония ZrO₂ от 50 до более 90%. Также в огнеупорах содержаться оксид магния и карбид кремния.

Плотность, пористость П и теплопроводность приведены для следующих материалов: огнеупор из кварцевого стекла, керамика, содержащая оксид алюминия Al2O3, SiO2, MgO, SiC, диоксид циркония ZrO2, изделия: динасовые, полукислые, шамотные, муллитокремнеземистые, муллитовые, муллитокорундовые, корундовые, периклазовые, форстеритовые, карбидкремниевые, бадделеитовые, цирконовые плавленые и поликристаллические.

Плотность керамики в таблице приведена при температуре 20°С. Наиболее плотной и тяжелой керамикой является бадделеитовая керамика на основе оксида циркония — ее плотность составляет от 5500 до 5800 кг/м³.

Теплоемкость керамики и огнеупоров

В таблице представлены значения удельной массовой теплоемкости керамики и огнеупоров в зависимости от температуры.
Теплоемкость огнеупоров в таблице дана в интервале температуры от 273 до 1773К (от 0 до 1500°С). Размерность теплоемкости кДж/(кг·град).

Теплоемкость приведена для следующих огнеупорных материалов: алундум, глинозем, карборунд, кирпич динасовый, магнезитовый, хромитовый, шамотный кирпич, силлиманит, уголь электродный, фарфор высоковольтный, низковольтный и установочный, циркон.

Теплоемкость шамота, динаса, корунда и магнезита

В таблице представлены значения удельной массовой теплоемкости этих огнеупоров в зависимости от температуры.
Теплоемкость шамота, динаса, корунда и магнезита в таблице дана в интервале температуры от 50 до 1500°С.

 Размерность удельной теплоемкости кДж/(кг·град).

Теплоемкость высокоогнеупорных материалов и керамики

В таблице даны значения удельной массовой теплоемкости высокоогнеупорных материалов в зависимости от температуры.
Теплоемкость огнеупорных материалов и керамики в таблице приведена в интервале температуры от 100 до 1400°С (размерность теплоемкости кДж/(кг·град)).

Теплоемкость указана для следующих огнеупоров и керамических материалов: корунд (искусственный), глинозем, муллит, кианит (борисовский), андалузит (Семиз-Бугу), силлиманит, муллитовые изделия, магнезитовые изделия 88% MgO, спекшийся магнезит, серпентин, шпинель, известь (плавленая), окись циркония ZrO2, циркон (ильменский), хромитовые изделия, хромит (халиловский), карборунд (кристаллический), карборундовые изделия типа карбофракс SiC, графит С.

Источники:

1. Физические величины. Справочник. А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др.; Под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
2. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И. К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с.
3. Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.

Сталь, керамика, стекло или пластик — какой материал для пуровера лучше?

Как видите, для нагревания 1 кг пластика на определенное количество градусов требуется больше тепловой энергии. Однако керамическая воронка в среднем в 4 раза тяжелее пластиковой, поэтому при таком же нагревании она поглотит примерно в 3,5 раза больше тепла.

Вот, где кроется распространенное заблуждение. Бариста то и дело говорят, что предпочитают керамические воронки, «ведь они лучше держат тепло». А ведь достоинством это не назовешь: такая воронка поглощает больше тепла из жидкости в процессе заваривания.

Теплоотдача поверхности

Наконец, тепло уходит из воронки либо конвекцией, либо излучением. Скорость конвекции зависит от температуры поверхности. Материалы, обладающие более высокой теплопроводностью, быстрее доставляют тепло к поверхности. Когда тепло достигает поверхности, материалы с меньшей удельной теплоемкостью нагреваются сильнее. Значит, пластик, обладающий меньшей теплопроводностью и большей удельной теплоемкостью, отдаст гораздо меньше тепла в результате конвекции, чем другие материалы.

Скорость теплопотери излучением зависит не только от материала, но и от структуры (в том числе от гладкости) и температуры поверхности. Поэтому вычислить этот показатель крайне сложно. При одинаковой температуре стекло, фарфор и пластик потеряют в результате излучения примерно одинаковое количество тепла. Сталь отдаст излучением значительно меньше, но это нивелируется ее высокой теплопроводностью и низкой удельной теплоемкостью, из-за которых поверхность нагреется гораздо быстрее. К тому же максимальные теплопотери излучением вдвое меньше, чем конвекцией.

Воронки с двойной стенкой

С точки зрения изолирующих свойств воздух даст фору любому материалу: его теплопроводность составляет всего 0,02 Вт/(м*К). Некоторые производители воронок пользуются этим свойством, разрабатывая модели с двойной стенкой, между которыми предусмотрена воздушная прослойка. Существуют и сетчатые воронки: бумажный фильтр минимально контактирует с их стенками и максимально – с воздухом. Сами по себе такие модели удерживают тепло лучше, но даже их предпочтительнее изготавливать из пластика.

Двойные стенки стеклянных воронок в любом случае поглотят больше тепла еще до того, как воздушная прослойка успеет себя проявить. А вот аналогичная воронка из пластика справилась бы с задачей гораздо лучше.

Площадь поверхности сетчатых металлических воронок, несмотря на структуру, все равно немаленькая. А значит, в процессе заваривания она поглотит и отдаст внешней среде достаточно много тепла. Еще какое-то количество тепла вы потеряете в результате испарения с внешней поверхности фильтра (теплопотери испарением всегда очень значительны). Гораздо лучше для этого бы подошел пенополистирол – к тому же он дешевле.

Заключение

Итак, пластик выигрывает по каждому из трех критериев: он медленнее поглощает тепло из воды в процессе заваривания, в целом поглощает меньше тепла и отдает его медленнее. Конечно, важна и конструкция воронки: особую роль играют вес и площадь поверхности. Однако, какой бы ни была модель, изготавливать воронку предпочтительнее из пластика.

Автор: Метт Пергер
Источник: baristahustle.com/blog/steel-glass-ceramic
Перевод и адаптация текста: компания Barista Coffee Roasters
Копирование материала разрешено исключительно с указанием активной ссылки на ресурс: www.barista.ua и источник статьи.

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

Керамические блоки становятся все более распространенным строительным материалом. Одной из их важнейших характеристик, которая влияет на потребительские качества, является теплопроводность.  

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.

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.

Материал	Расчетное содержание влаги	Теплопроводность  Вт/(м*С) в сухом состоянии	Теплопроводность  Вт/(м*С) расчетное значение	Толщина стены, см
Древесина*	20%	0,09	0,18	48
Керамический кирпич полнотелый	2%	0,56	0,81	219
Керамический кирпич пустотелый	2%	0,41	0,58	155
Ячеистый бетон**	6%	0,12	0,16	43
Силикатный кирпич	4%	0,70	0,87	230
Керамзитобетон	10%	0,58	0,79	209
Поризованный блок***	1%	0,13	0,14	38

* – 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 блока	Теплопроводность,  Вт/(м*С)	Толщина стены, мм	Нужно ли дополнительное утепление*
Porotherm 25	0,24	250	Да
Porotherm 38	0,145	380	Да
Porotherm 38 Thermo	0,123	380	Нет
Porotherm 44	0,136	440	Нет
Porotherm 51	0,143	510	Нет
BRAER Ceramic Thermo 10,7 NF	0,14	380	Да
BRAER Ceramic Thermo 12,4 NF	0,139	440	Нет
BRAER Ceramic Thermo 14,3 NF	0,14	510	Нет
KERAKAM 38	0,19	380	Да
KAIMAN 38 Самара	0,084	380	Нет
KERAKAM 44 Самара	0,128	440	Нет
KERAKAM 51 Самара	0,16	510	Нет
10,7НФ 250ММ Гжель	0,143	250	Да
12,3НФ Гжель	0,131	440	Нет
14,3НФГжель	0,143-0,17	510	Нет

* 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.

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.

меди, латуни и алюминия, теплопередача

Перед тем как работать с различными металлами и сплавами, следует изучить всю информацию, касающуюся их основных характеристик. Сталь является самым распространенным металлом и применяется в различных отраслях промышленности. Важным ее показателем можно назвать теплопроводность, которая варьируется в широком диапазоне, зависит от химического состава материала и многих других показателей.

Что такое теплопроводность

Данный термин означает способность различных материалов к обмену энергией, которая в этом случае представлена теплом. При этом передача энергии проходит от более нагретой части к холодной и происходит за счет:

1. Молекул.
2. Атомов.
3. Электронов и других частиц структуры металла.

Теплопроводность нержавеющей стали будет существенно отличаться от аналогичного показателя другого металла — например, коэффициент теплопроводности меди будет иным, нежели у стали.

Для обозначения этого показателя используется специальная величина, именуемая коэффициентом теплопроводности. Она характеризуется количеством теплоты, которое может пройти через материал за определенную единицу времени.

Показатели для стали

Теплопроводность может существенно отличаться в зависимости от химического состава металла. Коэффициент данной величины у стали и меди будет разным. Кроме этого, при повышении или уменьшении концентрации углерода изменяется и рассматриваемый показатель.

Существуют и другие особенности теплопроводности:

1. Для стали, которая не имеет примесей, значение составляет 70 Вт/(м* К).
2. У углеродистых и высоколегированных сталей проводимость намного ниже. За счет увеличения концентрации примесей она существенно снижается.
3. Само термическое воздействие также может оказывать воздействие на структуру металла. Как правило, после нагрева структура меняет значение проводимости, что связано с изменением кристаллической решетки.

Коэффициент теплопроводности алюминия значительно выше, что связано с более низкой плотностью этого материала. Теплопроводность латуни также отличается от соответствующего показателя стали.

Влияние концентрации углерода

Концентрация углерода в стали влияет на величину теплопередачи:

1. Низкоуглеродистые стали имеют высокий показатель проводимости. Именно поэтому они используются при изготовлении труб, которые затем применяются при создании трубопровода системы отопления. Значение коэффициента варьирует в пределе от 54 до 47 Вт/(м* К).
2. Средним коэффициентом для распространенных углеродистых сталей является значение от 50 до 90 Вт/(м* К). Именно поэтому подобный материал используется при изготовлении деталей различных механизмов.
3. У металлов, которые не содержат различных примесей, коэффициент составляет 64 Вт/(м* К). Это значение несущественно изменяется при термическом воздействии.

Таким образом, рассматриваемый показатель у легированных сплавов может меняться в зависимости от температуры эксплуатации.

Значение в быту и производстве

Почему важно учитывать коэффициент теплопроводности? Подобное значение указывается в различных таблицах для каждого металла и учитывается в нижеприведенных случаях:

1. При изготовлении различных теплообменников. Тепло является одним из важных носителей энергии. Его используют для обеспечения комфортных условий проживания в жилых и иных помещениях. При создании отопительных радиаторов и бойлеров важно обеспечить быструю и полную передачу тепла от теплоносителя к конечному потребителю.
2. При изготовлении отводящих элементов. Часто можно встретить ситуацию, когда нужно провести не подачу тепла, а отвод. Примером назовем случай отвода тепла от режущей кромки инструмента или зубьев шестерни. Для того чтобы металл не терял свои основные эксплуатационные качества, обеспечивается быстрый отвод тепловой энергии.
3. При создании изоляционных прослоек. В некоторых случаях материал не должен проводить передачу тепловой энергии. Для подобных условий эксплуатации выбирается металл, который обладает низким коэффициентом проводимости тепла.

Определяется рассматриваемый показатель при проведении испытаний в различных условиях. Как ранее было отмечено, коэффициент проводимости тепла может зависеть от температуры эксплуатации. Поэтому в таблицах указывается несколько его значений.

От чего зависит теплопроводность керамического кирпича

Кирпич керамический

Планируя строительство дома, застройщики в первую очередь приступают к выбору оптимального материала, оценивая при этом наиболее приоритетные качества. Одним из таких является способность материала к теплосохранению, обеспечивающее частичную экономию при строительстве и эксплуатации здания.

В данной статье мы будет рассматривать данное свойство одного из самых популярных материалов. Итак, теплопроводность керамического кирпича: насколько важна данная характеристика, как она связана с другими показателями и что влияет на ее изменение?

Что представляют собой изделия из керамики

Для начала вкратце разберемся, что же представляет собой кирпич керамический, и какими свойствами он обладает.

Состав и свойства

Основным компонентом при производстве является мелкозернистая глина. Помимо нее в состав входит песок, вода и добавки, способные повысить исходное качество сырья и готовой продукции.

Например, пластификатор значительно повышает пластичность раствора и препятствует растрескиванию изделий. Соотношение сырья в будущем определяет основной набор свойств изделий, а, точнее, их числовые значения.

Ориентировочные пропорции сырья керамического кирпича

Рассмотрим усредненные показатели при помощи таблицы.

Таблица 1. Характеристики керамического кирпича:

Марка морозостойкости	Морозостойкость – одно из достоинств изделий. Она может достигать 250-300 циклов. Стоит показатель в зависимости от плотности, прочности. Чем они выше, тем большее количество циклов замораживания и оттаивания сможет выдержать изделие.
Теплопроводность	Коэффициент теплопроводности керамического кирпича нельзя назвать его самой сильной стороной. Он – повышен. А с чем это связано, мы рассмотрим чуть ниже.
Плотность и прочность	Марки прочности – М50-М250, 300. Плотность может достигать 2100 кг/м3. Согласитесь, это – завидные показатели для многих материалов.
Усадка	Кирпич усадке подвержен. Точное значение назвать сложно, во многом это зависит от вида изделия. Например, клинкерный кирпич почти не поддается усадке, она составляет не более 3-5%.
Гигроскопичность	Водопоглощение свойственно керамике, значение – около 8-10%. Но, опять же, многое зависит от типа кирпича, его плотности и технологии изготовления.
Экологичность	Об экологичности судить достаточно сложно. Ведь она зависит от месторождения основного сырья. Хотя все производители в один голос заявляют, что изделия абсолютно безопасны и, по сути, так это и должно быть.
Огнестойкость	Не горит. Может противостоять высокой температуре на протяжении длительного периода времени.

Классификация изделий и их основные различия

Существует большое количество различных видов керамического кирпича. Они отличаются между собой назначением, структурой, размером и другими показателями. Рассмотрим подробнее.

По назначению, изделия могут быть:

• Рядовыми. Их применяют при кладке стен и перегородок. Последующая отделка, как правило, требуется. Материал отличается повышенной плотностью и, как следствие коэффициентом теплопроводности.

Рядовое изделие, фото

• Лицевыми. Служат они для облицовки строений, возведения заборов и многое другое. К таким изделиям предъявляются повышенные требования в отношении внешнего вида. Сколы и иные дефекты не допустимы.

Лицевое изделие

Структура кирпича определяет существование следующих видов:

• Пустотелые изделия. Они – более легковесные и менее плотные, серьезной нагрузке подвергаться не могут.

Пустотелый кирпич

• Полнотелые же — наоборот: прочные и тяжелые, а теплопроводность керамического кирпича полнотелого сравнительно завышена.

Полнотелые изделия

На основе размеров изделий также сформирована классификация:

• Кирпич с маркировкой 1НФ называется одинарный. Он имеет габариты равные 250*120*65 мм.

Размеры и вес одинарного кирпича

• Маркировка 1,4 НФ указывает на то, что перед вами – полуторный, или утолщенный кирпич. Его высота несколько больше и составляет 88 мм.

Утолщенный кирпич

• Двойные изделия имеют маркировку 2,1 НФ, высота их – 138 мм.

Кирпич двойной

• Особенным размером обладают евро-изделия. Они отличаются не только толщиной, но и высотой, которые составляют 85 и 65 мм соответственно.

Евро изделия

Как уже говорилось выше, керамический кирпич может иметь различную марку по прочности и, в зависимости от нее, определяется область применения изделий при строительстве. Марки могут быть следующими: М50, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250.

• М50 – наименее прочны. Применяются обычно при строительстве, например, столбов для ограждений, заборов.
• М 75 и М100 могут использоваться при возведении стен почти любых, помимо несущих.
• А вот М 125 вполне может быть применена при строительстве несущей конструкции.

Более высокие марки изделий используют при возведении цоколя и иных конструкций, на которые будет оказываться существенная нагрузка.

Значение теплопроводности и ее зависимость от иных характеристик и факторов, понятие теплой керамики

Как становится очевидным, теплоемкость керамического кирпича стоит в прямой зависимости от плотности и прочности изделий. Чем они выше, тем способность к теплосохранению ниже.

• Например, теплопроводность керамического полнотелого кирпича плотностью 1800 кг/м3 составляет около 0,85 Вт*мС, а вот пустотелое изделие с показателем средней плотности в 1400 кг/м3 может похвастать более низким значением, равным около 0,55 Вт*мС.
• Поризованные изделия обладают самым низким из всех перечисленных коэффициентом, он может составлять около 0,25.
• Самой низкой способностью к сохранению тепла обладает клинкерный кирпич. Это опять же связано в его крайне высокой плотностью, которая достигает 2100 кг/м3.

Рассмотрим при помощи таблицы соотношения плотности и теплопроводности различных видов кирпича.

Таблица 2.  Кирпич керамический: теплопроводность различных видов изделий:

Вид изделия	Плотность, кг/м3	Коэффициент теплопроводности в сухом виде, Вт*мС.
Рядовой керамический кирпич полнотелый	1600-1900	0,5-0,7
Клинкерный кирпич	2100	0,8-0,9
Кирпич теплая керамика	1150-1400	0,22-0,35
Печной кирпич керамический	1600-1900	0,5-0,7

Обратите внимание! На данный момент крайне популярным стало строительство кирпичных домов «теплая керамика». Изделия, используемые для их возведения, отличаются высоким показателем плотности и, при этом, пониженным коэффициентом теплопроводности. Привлекает также застройщиков возможность применять изделия самостоятельно. Строительство своими руками поможет значительно сэкономив, компенсировав высокую стоимость на материал, так как цена сравнительно немалая.

Кладка из теплой керамики Готовый дом из теплой керамики Краткая характеристика теплой керамики

Видео в этой статье:

Пример расчета оптимальной толщины стены, практические способы повышения способности к теплосохранению

Каким образом можно повысить способность стены к сохранению тепла?

Существует несколько способов:

• В первую очередь стоит упомянуть о технологии укладки. Соблюдая ее, вы сможете подчеркнуть высокие показатели качеств керамических изделий.
• Утепление конструкции, разумеется, значительно снизит коэффициент теплопроводности здания. Важно выбрать наиболее оптимальный метод. Например, создание воздушного зазора при этом будет наиболее эффективным.
• Крайне популярным вариантом является применение керамического кирпича в качестве облицовочного материала, а вот основные стены можно выложить с использованием ячеистого бетона, например. В этом случае, строение будет наиболее теплым.

А как же рассчитать толщину стены, если застройщик все же решил строить здание исключительно из кирпича? Все достаточно просто. Оптимальным вариантом является кладка в полтора или два кирпича – эти виды наиболее распространены.

Толщина стен зависит от региона и климатических условий в первую очередь, поэтому при расчете следует учитывать так называемый коэффициент сопротивления теплоотдаче, который индивидуален для каждого региона. Указан он в СНиП. Среднее значение равно 3,4, поэтому в нашем примере мы и будем его использовать.

Предположим, что кирпич мы применяем рядовой керамический полнотелый, с плотностью в 1600 кг/м3 и теплопроводностью равной 0,5 Вт*мС.

0,5*3,4=1,7. Значение получается крайне большим. Однако, при расчете необходимо учитывать теплопроводность утеплителей и вычитать ее. Чем интенсивнее будет утепление, тем меньшей будет рекомендуемая толщина стены.

В заключение

Коэффициент теплопроводности керамического кирпича, как мы выяснили, зависит от вида изделий и их плотности. И чем последняя выше, тем способностью к теплосохранению ниже.

Однако, несмотря на мало конкурентный показатель, существуют методы повышения данной способности, которые помогут застройщику построить теплый дом.

Теплая керамика или газобетон, сравнение

Выбор материала для строительства дома должен быть максимально осмысленным и учитывать все возможные риски. В нашей статье мы сравним два самых популярных конкурента среди стеновых материалов:

• Газоблок
• Керамоблок

Экологичность

• Керамические блоки – максимально экологичный материал благодаря простому натуральному составу: вода, глина, древесные опилки.
• Газобетон – искусственно созданный материал. Он состоит из цемента, алюминиевой пудры, извести, песка.

Теплопроводность

Сравнивая аналогичные по толщине стены и плотности керамические блоки с газосиликатными, мы видим, что коэффициент теплопроводности у газобетона чуть ниже, соответственно он чуть теплее. Но тут есть несколько важных моментов:

• Для газобетона показатель раcсчитывается в сухой среде. Однако идеальных условий не бывает, и с ростом влажности показатель теплопроводности вырастает в 3 раза. Когда газосиликат выходит с завода, его влажность может доходить до 50%. Это связано с обработкой водяным паром в печах автоклава. Не все производители газобетона афишируют, что расчёт теплопроводности производится без учета клея или раствора, на который он укладывается.
• Керамический блок расcчитывается по теплопроводности уже с учетом использования цементно-песчаного раствора, что как раз даёт более реальные показатели.

Надо понимать, что фактически по теплопроводности эти блоки сопоставимы. Но керамический материал держит свои характеристики весь срок службы.

Прочность

Прочность – один из самых важных показателей, от него зависит какую нагрузку может выдержать материал в кладке.

• Газобетон – прочность в зависимости от производителя М35 – М50
• Керамический блок – прочность в зависимости от производителя М75-М150

М150 означает, что каждый м2 выдерживает 150 кг. Если сделать расчёт нагрузки на 1 метр кладки газосиликатного блока и керамического, то получается разница в 2 раза!

Также есть показатель – прочность на сжатие (МегаПаскали).

• Газобетон – 1-5 МПа
• Керамоблок – 10-15 Мпа

Крепление в блок

Керамический блок выдерживает нагрузку
на вырыв до 500 кг (5кН)

Газобетонный блок – до 300 кг (3кН)

Технология кладки

Газоблок со временем теряет прочность (процесс карбонизации силикатов – переход силикатов в мел). В связи с этими показателями его нужно армировать в кладке каждые 3 ряда + делать армирование в стенах длиннее 6 метров, оконных проемах, и в других местах с усиленной нагрузкой. Это удорожает стоимость кладки и увеличивает время возведения.

Керамические блоки не теряют прочность в кладке. Можно спокойно возводить стены без дополнительного армирования. Есть примеры постройки 10-этажных зданий из тёплой керамики с несущими стенами без армирования.

Геометрия

У газобетона средние отклонения от заявленных размеров 1-2 мм. Это позволяет производить тонкошовную кладку на клей, что уменьшает количество мостиков холода через швы. Также это позволяет наносить более тонкий слой штукатурки в дальнейшем, экономя средства.

У керамоблока средние отклонения 5-6 мм. Поэтому шов при кладке должен быть 8-12 мм. Использование тёплого кладочного раствора компенсирует этот момент, так как он был специально создан для керамических блоков, с максимально приближенным показателем по теплотехнике

Вес

Керамический блок легче почти в 2 раза, чем аналогичный блок из газосиликата. Это позволяет сократить нагрузку на фундамент и облегчить кладку строителям. Всё это тоже может позволить сэкономить дополнительные деньги.

Морозостойкость

Этот показатель у обоих материалов отвечает нормам – F50–F100 в зависимости от производителя.

Скорость строительства дома

• Кроме вышеописанных пунктов (дополнительное армирование, вес, нанесения клея в вертикальные швы), у газобетонных блоков есть ещё одна особенность – это последующая отделка стен штукатуркой. Её нельзя производить сразу, так как газоблок слишком влажный. Как правило, дом отстаивается ещё около 1-2 лет, просушивая газосиликатные блоки.
• Тёплая керамика изначально сухая – отделку можно производить сразу при положительной температуре.

Комфорт в доме

• Керамоблок имеет свойство как поглощать влагу, так её и отдавать. Тем самым в доме происходит регуляция влажности без приборов и систем. За счёт своей высокой инерционности, керамические блоки имеют теплоёмкость выше, чем у газоблока. Это означает что зимой керамический материал набирает тепло и потом медленно его отдаёт в помещения, тем самым контролируя комфортную температуру в доме. А летом обратная ситуация – теплая керамика аккумулирует в своих пустотах прохладный воздух, не давая теплому воздуху заполнить внутренние помещения. Это позволяет сэкономить на отоплении и кондиционировании дома в разные сезоны проживания.
• Газоблок отдаёт влажность годами и таких свойств не имеет.

Дом из керамических блоков также больше подойдёт, если у вас в семье есть аллергики. Это связано с абсолютной гипоаллергенностью блоков.
В газосиликате же присутствуют выделения пыли, что нужно иметь в виду.

Цена

Цены на аналогичные блоки по плотности и толщине в среднем идентичны. Цены у каждого материала больше разнятся по производителям – есть премиальные бренды керамических блоков (напр. Поротерм) и также у газобетона есть свои лидеры (напр. Ytong).

Огнестойкость

Оба материала проходят по низким показателям горючести – предел огнейстойкости до 4 часов.

Долговечность

• История строек из газосиликата рассказывает нам, что по истечении 15-20 лет внешние стены подвергаются усадке около 2 мм. Это может негативно сказаться на целостности кладки. Мы знаем этот материал 40 лет, больше этих сроков надежность пока оценить не представляется возможным.
• Керамический блок появился гораздо раньше, можно отметить уже 100-летний юбилей. Но если мы посмотрим вглубь истории построек из керамического материала, то можем увидеть сегодня строения с 20-ти вековой историей. На фото одно из таких строений – отель Анно (Любек, Германия), первое упоминание о котором датируется 1305г.

на что обратить внимание при выборе

Керамическая плитка на протяжении десятилетий широко используется для отделки разной поверхности. Этому есть серьезные причины.

Этот отделочный материал обладает прекрасными техническими, механическими и физическими характеристики. В этой статье мы раскроем вам особенности этого материала. В результате вы в очередной раз убедитесь в правдивости слов – керамическая плитка не устаревает!

Плюсы и минусы

Перед другими облицовочными материалами плитка имеет массу преимуществ. Но несмотря на это стоимость изделия остается вполне доступной для разных слоев населения. Все затраченные средства с лихвой окупятся ее положительными сторонами:

• Экологичность.
• Устойчивость к огню.
• Высокий коэффициент износостойкости.
• Низкий уровень водопоглощения.
• Высокая прочность.
• Диэлектрические свойства.
• Продолжительный эксплуатационный срок.
• Гигиеничность.
• Доступность.
• Огромная сфера использования.
• Огромный ассортимент по фактуре, размеру, цвету и прочее.

Каждый тип плитки от разного производителя имеет все перечисленные преимущества в той или иной степени. При выборе убедитесь, что в составе отсутствуют токсические добавки.

Для этого посмотрите сертификат качества. Что касается минусов, то они зависят от особых случаев и ситуаций. Чаще всего минусы – следствие неправильного монтажа и эксплуатации.

• Трудоемкий монтаж (зависит от квалификации мастера).
• Хрупкость при точечной нагрузке (при правильной кладке полностью исключается).
• Скользкая поверхность.
• Высокий коэффициент проведения звука.
• Теплопроводность.
• Твердость (падающие предметы будут разбиваться).

Состав изделия

На качество кафеля влияет качество состава сырья.

Также известна как шихтовая масса. В нем может находиться до 20 разных природных компонентов. Ниже приводятся основные группы природных элементов, определяющие состав керамической плитки:

1. Глазурь и краситель. Применяется для оформления поверхности.
2. Карбонаты и полевой шпат. Придает шихте необходимую вязкость. В результате керамика достигает повышенной плотности и теплопроводности.
3. Песок. Используется измельченный гранит или кварцевый песок. На его основании формируется скелет, предотвращающий деформацию в процессе сушки.
4. Каолин. Смесь разных сортов глины. Позволяет формировать материал благодаря отличной пластичности.

Технические характеристики

Технические характеристики керамической плитки разделены на такие группы:

• Безопасность.
• Химическая.
• Физическая.
• Механическая.
• Геометрическая.

Рассмотрим все эти группы по отдельности при помощи таблицы:

Группа	Описание технических характеристик
Безопасность	Определяется сопротивляемости скольжению DIN. В составе исключается содержания токсичных веществ.
Химическая	Устойчивость к негативному воздействию огню. Не распространяет его и не поддерживает. Поверхность изделия устойчива к негативному воздействию щелочей и химической среды. Под воздействием ультрафиолетовых лучей не изменяет своей структуры и цвета.
Физическая	Устойчива к низкой температуре. Высокая термостойкость и высокий коэффициент теплопроводности. Исключается водопоглощение.
Механическая	Высокая прочность на изгиб. Отличная сопротивляемость ударам, износу, линейному расширению и глубинному разрушению. Высокий коэффициент твердости.
Геометрическая	Правильная форма. Глазурь не имеет трещин и сколов. Правильная геометрия формы по толщине, ширине и длине.

Важно! В большей степени качество и соответствие керамической плитки описанным техническим характеристикам зависит от добросовестности производителя. Чем материал дешевле, тем большая вероятность приобрести изделие низкого качества.

Рассмотрим все эти характеристики подробнее.

Безопасность

Важное свойство – антистатичность, диэлектричность, пожаробезопасность. Также учитывается коэффициент трения, имеющий значение буквой «R».

На уровень безопасности ходьбы по кафелю влияет величина этого значения.

Этот показатель делится на 4 группы (согласно установленным нормам):

• от 0 до 0,19 – опасно;
• от 0,2 до 0,39 – на грани;
• от 0,4 до 0,74 – удовлетворительно;
• 0,75 – полностью безопасно.

Напольный кафель в комнатах с высокой влажностью должен обладать показателем меньше 0,75, в остальных случаях допускается показатель ниже 0,4.

Химические свойства

Речь идет об устойчивости к агрессивным веществам, к которым относится бытовая химия.

Химическая характеристика подразделена на 5 классов:

1. Стойкая – АА.
2. Устойчивая – А.
3. Средняя потеря качества – В.
4. Частичная потеря качества – С.
5. Нестойкая – D.

Совет! Выбирая керамику, обращайте внимание обозначения. На упаковке указываются все эти данные.

Физические свойства

Это объемная характеристика керамики, включающая в себя:

• Огнеупорность и огнестойкость.
• Плотность.
• Морозостойкость.
• Пористость.
• Теплопроводность.
• Водопоглощение.

Все эти показатели между собой взаимосвязаны, благодаря чему формируются прекрасные физ-характеристики. Ознакомимся с каждым свойством индивидуально.

Огнеупорность и огнестойкость

Кафель нет горит. При воздействии высокой температуры она не выделяет в воздух вредные вещества и соединения. Обработанная поверхность керамикой защищена от возгорания.

Плитка имеет разновидности по термостойкости:

• Клинкер
• Майолик
• Изразцы
• Терракот
• Керамогранит
• Шамот

Учитывая это, широко используется для облицовки каминов, печей и подобных сооружений. Важное условие – правильно выбрать плиточный клей.

Благодаря высокой теплопроводности материал аккумулирует тепловую энергию и обеспечивает продолжительную отдачу тепла.

Теплопроводность

Речь идет о реакции изделия на низкую/высокую температуру, вернее, пропускная способность.

Теплопроводность имеет обозначение – λ. На упаковках его нет. Если изделие имеет большое количество пор, то оно имеет низкую теплопроводность.

Этот кафель рекомендован для облицовки вертикальной поверхности. Для полов, особенно для укладки на теплый пол рекомендуется максимальное значение по теплопроводности.

Важно! Керамика должна аккумулировать и быстро отдавать тепло, что содействует экономии по расходу энергоносителей при отоплении жилого помещения.

Такая плитка должна состоять из материалов низкой пористости, например:

• крошка природного камня;
• керамогранитная крошка.

Важен способ производства. Материал должен подвергаться большому давлению. Если системы теплого пола нет, то предпочтенье отдается облицовке с низкой теплопроводностью.

Водопоглощение

Чем ниже коэффициент водопоглощения, тем большей прочностью обладает керамика. Весь облицовочный материал подразделен на 4 группы:

• I группа. Имеет коэффициент меньше 3 процентов. Можно использовать для наружной и внутренней облицовки.
• IIa группа. Имеет коэффициент от 3 до 6 процентов.
• IIb группа. Имеет коэффициент от 6 до 10 процентов.
• III группа. Имеет коэффициент больше 10 процентов. Допускается для использования исключительно для внутренних поверхностей.

Производитель указывает ту или иную группу.

Обратите внимание

Для улицы обязательно выбирайте кафель, принадлежащий к группе I. Для облицовки внутренних поверхностей подходит любая из перечисленных групп.

Морозостойкость

Качество этой характеристики зависит от уровня пористости. Если поры большие, то проникающая в них влага при замерзании будет вызывать разрушение плитки.

Для увеличения этого показателя при производстве из состава выводится воздух, а после выполняется обжиг и глазуровка.

Например, клинкер является прекрасным представителем морозостойкого материала. По внешним характеристикам он не отличается от обычной керамики. Но используется для облицовки веранды, цоколя здания, балкона и других конструкций.

Важно! На упаковке морозостойкость обозначается снежинкой.

Данное изделие также положительно справляется с постоянным воздействием ультрафиолетовых лучей.

Плотность

Плотность подразделяется на:

• относительную;
• среднюю;
• истинную.

Для бытового использования предпочтенье отдается средней плотности. Под этим подразумевается отношение единицы объема к единице массы. Плотность взаимосвязана с другими физическими тех-характеристиками.

Прочность изделия зависит от высокой плотности.

Такая плитка отличается:

• низкой пористостью;
• низким уровнем водопоглощения;
• высокой теплопроводностью.

На упаковке это значение не указывается. Объясняется это тем, что при выборе преимущественно ориентируются на вес 1 метра квадратного.

Пористость

Этот показатель измеряется степенью водопоглощения.

При низком уровне пористости:

• уменьшается коэффициент водопоглощения;
• увеличивается прочность на изгиб;
• увеличивается теплопроводность;
• увеличивается морозостойкость.

Если на кафеле отсутствует глазурь, то она имеет низкий уровень пористости. Она устойчива к появлению пятен и всевозможных загрязнений. Отечественные производители обозначают пористость символами по возрастанию, где «А» является минимальным показателем.

Механическая

Эта характеристика определяет устойчивость изделия к разного рода нагрузкам, под влиянием которой изделие остается целостным.

Механическая характеристика определяется:

• на изгиб;
• на сжатие;
• износостойкость.

На изгиб

Качество этого показателя зависит от толщины плитки. Отрицательно сказываются линейные размеры. Определяется этот показатель максимальным статическим усилиям до разрушения отделки.

На сжатие

Подразумевается способность справляться с вертикальным статическим давлением, измеряющееся до момента разрушения кафеля. Качество зависит от плотности, отрицательно сказывается повышенная пористость. Все испытания происходят в лабораторных условиях и регламентированы ГОСТом, поэтому на упаковки никакой информации нет.

Износостойкость

Речь идет об устойчивости верхнего слоя к абразивному воздействию и образованию царапин. Особенно важна износостойкость для напольной плитки.

Соответственно, производитель обозначает 5 классов износостойкости:

• Класс PEI I – допускается для облицовки помещений, эксплуатация которых подразумевает использования мягкой обуви, например, ванная комната.
• Класс PEI II – допускается для облицовки жилых помещений (холл, спальня, лестница, балкон и т.п.). Это все те помещения, в которых ходят исключительно в домашней обуви.
• Класс PEI III – допускается для облицовки мест с неактивным движением, например, в небольших офисных помещениях, гостинице, но не на ступеньках и вестибюлях.
• Класс PEI IV – допускается для облицовки помещений с повышенной и средней активностью передвижения.
• Класс PEI V – допускается для облицовки мест с повышенной интенсивностью передвижения.

Важно! Класс и характеристика по износостойкости на упаковке обозначается пиктограммой следом ступни (пол) и ладонь (стена).

Геометрическая

Данный тип технической характеристики подразделяется на 4 группы:

1. Калибр.
2. Размер.
3. Форма.
4. Формат.

Рассмотрим каждый по отдельности.

Калибр

Под этим подразумевается реальный размер листов в упаковке, который отличается от проектного размера.

Например, если на упаковке заявлены размеры 300×50, то в реальности показатель может быть равным 298 х 48 ± 50 мм. Этот показатель обязательно есть на каждой упаковке. Чем важен калибр?

Старайтесь выбрать все упаковки приблизительно одного калибра. Это позволит достичь идеально ровных швов без расхождений. Как правило, керамическая плитка будет иметь равный калибр с одной партии. А если и будут расхождения, то разница не более одного калибра.

Размер

Это данные по толщине, ширине и длине керамики. Самые маленькие размеры имеет мозаика от 10×10 мм толщиной около 4 мм. Что касается больших размеров, то в продаже есть огромный сортамент продукции. Некоторые производители выпускают трехметровые плитки с разделенными на пиксели. Информация о размерах находится на упаковке.

Формат

Под этим подразумевается объединение двух характеристик: размер и форма плитки.

Форма

В продаже есть кафель самых разных форм:

• Овальная.
• Квадратная.
• Прямоугольная.
• Круглая.
• Треугольная и прочее.

Другие параметры

Помимо всех перечисленных технических характеристик, следует обращать внимание и на другие параметры:

1. Вес. Здесь отсутствуют стандарты. Вес плитки зависит от толщины, наличья глазури и вида изделия. На 1 м2 вес может быть от 10 до 25 кг. Самый легкий неглазурованный кафель имеет толщину 7 мм. Самый тяжелый элемент имеет толщину 9 мм с глазурью. Преимущественно это керамогранит.
2. Объемный вес. Кубический вес плитки важен для транспортировки. Зачастую 1 м3 может весить около 2,5 тыс. кг.
3. Теплопроводность. Об этом показателе уже говорилось в этой статье. Глазурованная плитка имеет коэффициент теплопроводности от 1,2 до 0,8 Вт/м2°С. Этот показатель гораздо выше чем у ламината и подобного покрытия. Важную роль играет при обустройстве напольного покрытия.

Заключение
Мы рассмотрели все существующие технические характеристики керамической плитки. Предоставленная информация поможет вам выбрать качественный кафель для облицовки той или иной поверхности.

Если вы знаете о других важных особенностях, то обязательно пишите об этом в комментариях к этой статье. Также предлагаем посмотреть подготовленный видеоматериал.

Особенности выбора керамической плитки исходя из ее технических характеристик — видео

Выбирая плитку, обращаем внимание на ее состав — видео

Сохранение теплого напитка в тепле

В нашей серии статей о теплопроводности мы представляем различные контексты, в которых теплопроводность играет роль при выполнении наших повседневных задач. Число раз, когда средний человек размышляет о влиянии теплопроводности при принятии повседневных решений, практически отсутствует. Вы не поверите, но теплопроводность более важна для вашего распорядка дня, чем вы думаете, особенно когда речь идет о вашей кофейной кружке. Некоторые люди предпочитают керамическую кружку стеклянной, а другие предпочитают сталь.Что за рассуждение? Скорее всего, этот выбор кружек основан на эстетических предпочтениях, а не на научной основе.

Рисунок 1 . Какая из трех кружек сохранит ваш кофе самым теплым: из нержавеющей стали, керамики или стекла?

Теплопередача, в частности теплопроводность, является важной идеологией среди производителей кружек, поскольку они стремятся производить качественный материал, привлекательный для клиентов. Существует три различных метода передачи тепла: теплопроводность, излучение и конвекция.Процесс теплопроводности – это способность тепла перемещаться от среды с более высокой температурой (жидкость) к среде с более низкой температурой (кружка), пока не будет достигнуто температурное равновесие между двумя материалами. Итак, какой из трех предложенных материалов для кружек больше всего замедлит этот процесс равновесия и дольше сохранит более теплую жидкость?

Рисунок 2 . Три метода теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение.

Стальная кружка имеет самую высокую теплопроводность из трех предложенных материалов, 14.3 Вт / мК. Эта высокая теплопроводность связана с относительно быстрым температурным равновесием между кружкой и жидкостью, что означает, что жидкость будет довольно быстро остывать. Теплопроводность керамической кружки составляет примерно 3,8 Вт / мК, тогда как теплопроводность стеклянной кружки составляет примерно 1,1 Вт / мК. Из-за относительно низкой теплопроводности стеклянной кружки жидкость должна поддерживать более высокую температуру в течение максимально длительного времени.

Основываясь на упомянутых выше знаниях о теплопроводности, следует использовать стеклянную кружку для сохранения самых горячих жидкостей в течение длительного периода, затем керамическую, а затем стальную кружку.Низкая теплопроводность стеклянной кружки не позволяет теплу жидкости быстро проникать в кружку и рассеиваться. Благодаря высокой теплопроводности стали тепло от жидкости быстро передается кружке, а затем и ладоням.

Хотя, исходя из знаний об теплоемкости, керамическая кружка получает награду за теплый напиток. Теплоемкость – это способность материала удерживать тепло на единицу объема. Из-за более низкой плотности керамики, благодаря небольшим порам в материале, тепло может накапливаться внутри самой кружки, а не выделяться в область, окружающую кружку, т.е.е. ладонь твоих рук. Пока тепло остается в пределах барьера кружки, между кружкой и жидкостью поддерживается равновесная реакция, предотвращая слишком быстрое охлаждение жидкости.

В следующий раз, когда вы будете покупать новую любимую кружку, вспомните, как теплопроводность и теплоемкость могут повлиять на теплоту вашего напитка, и выбирайте с умом!

Теплопроводность керамики

Керамика все чаще используется в корпусах и печатных платах, поскольку она имеет ряд преимуществ по сравнению с пластиками: гораздо более высокая теплопроводность, возможное соответствие коэффициента теплового расширения и герметичность.К сожалению, стоимость керамики по-прежнему намного выше, чем у пластика, что запрещает их использование в недорогих крупносерийных продуктах. Тем не менее, их использование в будущих продуктах кажется неизбежным, учитывая тенденции в полупроводниковой промышленности в отношении ожидаемого гораздо более низкого теплового сопротивления корпусов и одновременной конструкции корпусов и плат для облегчения распространения тепла.

Проблема с теплопроводностью керамики заключается в ее зависимости от состава, размера зерна и процесса изготовления, что затрудняет получение надежных значений только из литературы.Глядя на значения, указанные в различных справочниках, статьях и технических паспортах, можно заметить две вещи. 1) существуют большие вариации и 2) многие авторы копируют значения из одних и тех же, но не отслеживаемых источников.

Интересным примером является нитрид алюминия (AIN), все более популярная керамика. Чаще всего указывается значение около 180 Вт / мК. Однако в ссылке 1 можно найти некоторые интересные данные на графике, на котором значения теплопроводности от семи производителей отображаются в зависимости от температуры.Наибольшее значение при комнатной температуре составляет 200 Вт / мК; самый низкий – 80 Вт / мК. Кроме того, эти значения снижаются более чем на 30% от 20 ° до 100 ° C. Такое же падение, кстати, наблюдается и для других керамик, таких как BeO и Al ₂ 0 ₃ . (См. Также раздел «Технические данные» предыдущего выпуска.)

		Теплопроводность (Вт / мК) при 20 ° C
AIN	Нитрид алюминия	80-200, 180, 260
A1 2 0 3	Оксид алюминия	18-36
BeO	Оксид бериллия	184, 200, 220, 242, 250, 300
БН	Нитрид бора	15-40, 250-300, 600
SiC	Карбид кремния	90-160, 70-200, 80, 210

В таблице показан диапазон значений при комнатной температуре для ряда часто используемых керамических материалов из различных источников.Обратите внимание, что широкий разброс значений

Таким образом, опубликованные значения теплопроводности керамики идеально подходят для согласования экспериментальных результатов с численным моделированием, и я боюсь, что именно это и происходит на практике. Измерения на месте с использованием хорошо разработанных экспериментальных тестов являются предпочтительным способом получения точных значений.

Артикул

1. Р. Диндвидди, Advanced Electronic Packaging Materials, Vo1.167, Бостон, 1989.

Теплопроводящая керамика – Precision Ceramics USA

Использование керамики в приложениях с высокой теплопроводностью – это растущий специализированный рынок. Оксидная керамика – наиболее распространенный материал основы. Но большинство из них ограничены 26-30 Вт / мК, что по сравнению с двумя наиболее распространенными металлами с высокой теплопроводностью, медью около 385 Вт / мК и алюминием около 150-185 Вт / мК, оставляет большой зазор.

Цель состоит в том, чтобы увеличить теплопроводность, сохранив при этом другую ключевую особенность керамики – электрическую изоляцию.

Недавние разработки в области глинозема увеличили теплопроводность некоторых марок до 39 Вт / мК, что все еще намного меньше, чем у обычно используемых металлов, но значительно выше базового уровня.

Керамические материалы, выбранные для достижения этой более высокой теплопроводности, представляют собой специализированную группу. У всех есть свои сильные и слабые стороны, и не все обладают основным свойством электроизоляции.

Давайте посмотрим на четырех претендентов, включая композиты из нитрида бора, нитрида алюминия (AlN), оксида бериллия и нитрида алюминия.Первым претендентом является Shapal Hi-M Soft, композит из нитрида алюминия и нитрида бора, который дает значительное увеличение теплопроводности, более 92 Вт / мК, и улучшает электрическую изоляцию. Комбинация этих двух материалов также дает материалу второе преимущество – его обрабатываемость. Для обработки не требуется алмазный инструмент. Но получение этого поддающегося механической обработке композита нитрид алюминия / нитрид бора требует горячего прессования, что ограничивает доступный размер материала.

Нитрид бора, еще один материал горячего прессования, также поддается механической обработке и доступен в более крупных размерах. Плюс есть много доступных сортов. Но только самая высокая чистота может сравниться с обрабатываемым композитом AlN / нитрид бора по теплопроводности и, в некоторых случаях, превзойти его. Сплавы высокой чистоты механически слабее и мягче, чем обрабатываемый композит нитрид алюминия / нитрид бора.

Оксид бериллия на протяжении многих лет является предпочтительным материалом для некоторых высокотехнологичных проектов.Этот материал имеет теплопроводность 285 Вт / мК, хорошую электрическую изоляцию и, как оксидная керамика, не имеет специальных требований к азотной печи, предъявляемых к нитриду алюминия. Главный недостаток – требования к здоровью и безопасности, связанные с этим материалом, в результате чего его используют только специализированные приложения, например, в военных целях.

Нитрид алюминия (AlN), как правило, используется в основном в форме подложки, поскольку это следующий шаг по сравнению с подложками из оксида алюминия.Большая часть мирового производства AlN находится в этой форме. Теплопроводность AlN зависит от марки и качества. Промышленный стандарт обычно составляет 170–180 Вт / мК, более низкие оценки – до 150 Вт / мК, а сверхвысокая чистота – примерно до 220 Вт / мК. Компоненты AlN в трехмерной геометрии встречаются гораздо реже. Многие инженеры предпочитают использовать обрабатываемый композит из нитрида алюминия, особенно на начальных этапах проектирования, но часто также и в производственных объемах, даже несмотря на то, что он имеет более низкую теплопроводность.

Если вам нужна максимальная теплопроводность и действительно глубокие карманы, то синтетический алмаз с мощностью более 2000 Вт / мК – для вас. Но ваши требования к теплопроводности должны быть экстремальными.

В приведенной ниже таблице сравнивается теплопроводность 3-х электрических изоляторов (нитрид алюминия, Shapal и оксид алюминия) и 2-х проводников (алюминий и медь):

Какие керамические материалы обладают высокой теплопроводностью?

Теплопроводность керамических материалов играет важную роль в их применении.В определенном диапазоне увеличение теплопроводности керамических материалов с помощью определенных методов улучшит их способность проводить теплопроводность, тепловую конвекцию и тепловое излучение, чтобы еще больше расширить область его применения. Керамические материалы с высокой теплопроводностью в основном состоят из оксидов, нитридов, карбидов и боридов, таких как поликристаллическая алмазная керамика, нитрид алюминия, оксид бериллия, нитрид кремния и карбид кремния.

Поликристаллический алмаз (PCD)

Diamond имеет высокую теплопроводность.Теоретическое значение теплопроводности его монокристалла составляет 1642 Вт / м • К при комнатной температуре, а измеренное значение – 2000 Вт / м • К. Однако крупный монокристалл алмаза сложно приготовить и он стоит дорого. В процессе спекания поликристаллического алмаза часто добавляют СПИД для спекания, чтобы улучшить связь между алмазными порошками и получить керамику PCD с высокой теплопроводностью. Однако помощник для спекания может катализировать карбонизацию алмазного порошка в процессе высокотемпературного спекания, так что поликристаллический алмаз больше не изолируется.Небольшой монокристалл алмаза часто добавляют в керамику с теплопроводностью в качестве армирующего материала для улучшения теплопроводности керамики.

Поликристаллическая алмазная керамика – это как технические материалы, так и новые функциональные материалы. В настоящее время поликристаллическая алмазная керамика широко используется в областях современной промышленности, национальной обороны, высоких и новых технологий благодаря своим превосходным механическим, термическим, химическим, акустическим, оптическим и электрическим свойствам.

Карбид кремния

В настоящее время карбид кремния (SiC) является активным теплопроводным керамическим материалом в стране и за рубежом. Теоретическая теплопроводность карбида кремния очень высока, достигая 270 Вт / м • К. Однако, поскольку отношение поверхностной энергии к межфазной энергии у керамических материалов SiC низкое, то есть энергия границ зерен высока, трудно получить высокочистую и плотную керамику SiC обычными методами спекания.При использовании традиционных методов спекания необходимо добавлять СПИД, а температура спекания должна быть выше 2050 ℃. Однако это условие спекания вызовет рост зерен SiC и значительно ухудшит механические свойства керамики SiC.

Керамика из карбида кремния

широко используется в высокотемпературных подшипниках, пуленепробиваемых пластинах, соплах, высокотемпературных коррозионно-стойких деталях, а также в высокотемпературном и высокочастотном диапазоне деталей электронного оборудования и других областях.

Нитрид кремния

Керамика из нитрида кремния (Si3N4)

привлекает все больше внимания исследователей в стране и за рубежом благодаря своим превосходным свойствам, таким как высокая прочность, высокая термостойкость, хорошая изоляция, коррозионная стойкость и нетоксичность. Прочность связи, средняя атомная масса и ангармонические колебания керамики из нитрида кремния аналогичны таковым у SiC. Теоретическая теплопроводность кристаллов нитрида кремния составляет 200 ~ 320 Вт / м • К.Однако, поскольку структура Si3N4 более сложная, чем структура нитрида алюминия (AlN), и рассеяние фононов больше, теплопроводность спеченной керамики Si3N4 намного ниже, чем у монокристалла Si3N4 в настоящем исследовании, что также ограничивает его масштабное продвижение и применение.

Оксид бериллия

Оксид бериллия (BeO) относится к гексагональной структуре вюрцита с небольшим расстоянием между атомами Be и атомами O, небольшой средней атомной массой и плотным скоплением атомов, что соответствует условиям модели Slack с

высокая теплопроводность монокристалла.В 1971 году Слэк и Ауатерман проверили теплопроводность керамики BeO и большого монокристалла BeO и подсчитали, что теплопроводность большого монокристалла BeO может достигать 370 Вт / м · К. В настоящее время теплопроводность приготовленной керамики BeO может достигать 280 Вт / м • К, что в 10 раз выше, чем у керамики из оксида алюминия (Al2O3).

Оксид бериллия широко используется в аэрокосмической, ядерной энергетике, металлургическом машиностроении, электронной промышленности, ракетостроении и т. Д.BeO широко используется в качестве несущих частей и узлов в схемах преобразования авионики, а также в системах авиационной и спутниковой связи; Керамика BeO обладает особенно высокой термостойкостью и может использоваться в пожарных трубах реактивных самолетов; пластина из ВеО с металлическим покрытием использована в системе управления приводным устройством самолета; Ford и General Motors используют накладки из оксида бериллия с металлическим напылением в системах зажигания автомобилей; BeO обладают хорошей теплопроводностью и легко поддаются миниатюризации, поэтому имеют широкие перспективы применения в области лазеров.Например, BeO-лазер имеет более высокий КПД и большую выходную мощность, чем кварцевый лазер.

Нитрид алюминия (AlN)

Керамика из нитрида алюминия является наиболее широко используемым материалом с высокой теплопроводностью. Теоретическая теплопроводность монокристалла нитрида алюминия может достигать 3200 Вт / м • К. Однако из-за неизбежных примесей и дефектов в процессе спекания эти примеси вызывают различные дефекты в решетке AlN, которые уменьшают среднюю свободу фононов и, таким образом, значительно снижают их теплопроводность.Помимо влияния дефектов решетки AlN на теплопроводность, размер зерен, морфологию, а также содержание и распределение второй фазы границы зерен также имеют важное влияние на теплопроводность керамики AlN. Чем больше размер зерна, тем больше средняя свобода фононов и выше теплопроводность спеченной керамики AlN.

Как типичный ковалентный комплекс, нитрид алюминия имеет высокую температуру плавления, низкий коэффициент самодиффузии атомов и высокую энергию границ зерен во время спекания.Поэтому трудно производить керамику AlN высокой чистоты обычными методами спекания. Кроме того, добавление соответствующего ожога СПИДа также может реагировать с кислородом в решетке с образованием второй фазы, очищать решетку AlN и улучшать теплопроводность.

Обычными добавками для спекания керамики AlN являются оксид иттрия (Y2O3), карбонат кальция (CaCO3), фторид кальция (CaF2), фторид иттербия (YF3) и т. Д. В настоящее время керамика AlN с высокой теплопроводностью тщательно изучается путем добавления соответствующих спекание СПИДа в стране и за рубежом, а также керамика AlN с высокой теплопроводностью примерно до 200 Вт / м • К.Однако стоимость производства керамики AlN высока из-за длительного времени спекания, высокой температуры спекания и цены на высококачественный порошок AlN.

Тепловые свойства технической керамики

Обзор
Техническая керамика превосходит другие материалы, такие как металлы и сплавы, в приложениях, где в экстремальных условиях высоких или низких температур требуются продукты, которые могут работать без сбоев из-за расширения и сжатия, плавления или растрескивания.Керамика покрывает широкий спектр областей применения, где термостойкость, точность и термостойкость являются ключевыми факторами успеха и безопасности в работе.

Термические свойства характеризуют реакцию материала на изменения температуры. Многие из наших технических керамических материалов идеально подходят для определенных термических характеристик, в том числе для высокотемпературных и высокотемпературных прецизионных применений, за счет управления присущими материалам свойствами и структурой. Многие технические керамические составы могут быть адаптированы в соответствии с тепловыми требованиями конкретного применения, когда критически важны теплопроводность, коэффициент теплового расширения и стойкость к тепловому удару.

Тепловые свойства технической керамики
Теплопроводность
Вт / м * K

Теплопроводность определяет, насколько хорошо материал распределяет тепло внутри себя. Сковороды обладают высокой теплопроводностью, что позволяет равномерно распределенному теплу быстро проникать в пищу. С другой стороны, изоляционные перчатки используются для работы с горячими предметами, поскольку их низкая теплопроводность предотвращает передачу тепла чувствительным рукам.Техническая керамика необычайно универсальна, демонстрируя широкий диапазон теплопроводности. В портфолио CoorsTek более 400 технических керамических составов, поэтому мы будем работать с вами, чтобы найти оптимальный материал для вашего применения.

Коэффициент теплового расширения ( 1X10 ^-6 / ° ° C)

C коэффициент теплового расширения определяет, насколько или контракты, основанные на температуре окружающей среды.Большинство материалов набухают под воздействием тепла, потому что энергия заставляет атомы двигаться быстрее, растягивая их связи. Керамика обычно имеет низкий коэффициент из-за сильных межатомных связей, что делает их более стабильными 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, по сравнению со сталью.

Термостойкость ( ° C)

Термостойкость измеряет способность выдерживать резкие и резкие перепады температур. Во время быстрого охлаждения сердцевина продукта остается, в то время как поверхность остывает, предотвращая равномерное тепловое сжатие. Многие технические керамические составы демонстрируют высокую термостойкость, что означает, что они минимально расширяются или сжимаются при экстремальных или быстрых изменениях температуры.

Факторы, влияющие на характеристики теплопередачи керамических материалов

Джулиса Грин |

Факторы, влияющие на характеристики теплопередачи керамических материалов

Просмотры сообщений: 1 908

С развитием технологий теплопроводная керамика как материал с высокой теплопроводностью, высокой температурой плавления, высокой твердостью, высокой стойкостью к истиранию, стойкостью к окислению и коррозионной стойкостью использовалась в химической промышленности, микроэлектронике, автомобилестроении, авиакосмической промышленности. , авиация, производство бумаги, лазер и другие области.

Для расширения области применения теплопроводной керамики большое значение имеет улучшение ее характеристик теплопередачи. Но перед этим важно знать, что влияет на теплопроводность керамики. Ниже приводится краткое изложение влияющих факторов.

Существует три способа передачи тепла в керамике: конвекция, излучение и теплопроводность. Теплопроводность керамики зависит от ее состава, внутренней структуры, плотности, влажности, температуры термообработки, давления и других факторов.

Состав

У традиционной керамики невысокая теплопроводность, и причина низкой теплопроводности неотделима от сырья. Сырье для традиционной керамики – это в основном природное сырье из глины, кварца и полевого шпата, которые имеют плохую теплопроводность. Следовательно, чтобы улучшить теплопроводность керамики, необходимо использовать легированные компоненты. Этот метод можно разделить на два типа в зависимости от различных свойств легированных компонентов: один заключается в добавлении неметаллических материалов в керамику, а другой заключается в добавлении металлических материалов.

Есть пример добавления неметаллических материалов. Теплопроводность красной плитки лучше, чем у обычной плитки, благодаря наличию в них Fe2O3 и кристаллической фазы муллита. Теплопроводность плитки можно улучшить, добавив соответствующее количество A1203, но температуру спекания керамики можно повысить, добавив слишком много. Чтобы уменьшить неблагоприятный эффект, некоторые исследователи использовали синергетический эффект графена и оксида алюминия, чтобы изменить внутреннюю структуру материала, таким образом получив керамический материал с лучшей теплопроводностью.

Есть еще один пример добавления металлических материалов. Показатели теплопередачи металла лучше, чем у большинства керамических материалов, и их сочетание может эффективно улучшить теплопроводность керамики. Некоторые исследователи успешно подготовили стабильный слой осмотического градиента металла, образованный взаимной диффузией керамики и металлической меди, который эффективно снижает термическое сопротивление керамических материалов.

поры

В процессе спекания в теле будут образовываться более крупные поры или пузырьки из-за присутствия органических или неорганических солей, гранулированных примесей (таких как железо, частицы неразмолотых остатков и т. Д.)) в порошковой и избыточной стекловидной фазе. Появление пор неизбежно изменит способ теплопередачи в керамических материалах, что окажет значительное влияние на теплопередачу.

Теплопроводность – это основной способ теплопередачи в керамике с высокой плотностью и низкой температурой, в то время как такие режимы теплопередачи, как конвекция, излучение и теплопроводность, существуют в пористой керамике. Следовательно, при анализе теплопроводности керамики необходимо всесторонне учитывать размер пор, распределение и режим соединения.

Высокопористая керамика

Внутренние дефекты и микроструктура

Влияние внутренних дефектов и микроструктуры на теплопроводность керамики в основном определяется фононным механизмом теплопроводности материалов. Все виды дефектов являются центром рассеяния фононов, поэтому они могут уменьшить средний свободный пробег фононов и теплопроводность. Внутренние дефекты также являются центром рассеяния фононов, и чем больше таких центров, тем больше потери энергии из-за рассеяния фононов.Поэтому при поиске эффективных методов увеличения теплопроводности материалов следует принимать такие меры, как добавление вспомогательных средств для спекания и увеличение времени спекания, чтобы уменьшить возникновение дефектов в материалах.

Например, как карбид кремния (SiC), так и нитрид алюминия (AlN) обычно используются высокотеплопроводные керамические материалы, и их смесь теоретически должна иметь лучшую теплопроводность. Однако экспериментальные результаты показали, что, хотя керамика SiC становилась более плотной при добавлении определенного количества порошка AlN, наблюдались различия в размере частиц, межатомной силе и других силах между примесями и основными атомами, и возникающие внутренние дефекты приводили к снижение теплопроводности керамики SiC.

Процесс термообработки

Термическая обработка является одним из наиболее важных процессов в процессе производства керамики, который влияет на ряд физических и химических изменений в заготовке, а также на микроструктуру и минеральный состав готового продукта. Различные компоненты керамики также изменяются в процессе термообработки.

Сводка

Подводя итог, чтобы улучшить характеристики теплопередачи керамики, несколько переменных следует рассматривать вместе, например, улучшение чистоты керамических материалов, увеличение плотности керамических материалов, уменьшение структурных дефектов, уменьшение пор, уменьшение границ зерен и уменьшение стеклофазы, надлежащий контроль размера частиц и разумная система обжига.Кроме того, добавление графена, графеноподобных и других неметаллических материалов для улучшения теплопроводности керамических материалов также может быть средством, заслуживающим дальнейшего изучения.

Посетите http://www.samaterials.com для получения дополнительной информации.

Теги: Нитрид алюминия, Карбид кремния

Сообщение навигации

Быстрый ответ: что такое теплопроводность керамики

Теплопроводность керамики Результаты измерений Средняя теплопроводность 5.Для оксида алюминия, обожженного бисквитом, было получено 077 Вт / мК, что точно находится в пределах принятого диапазона теплопроводности от 5 до 5,25 Вт / мК для этого материала.

Обладает ли керамика высокой теплопроводностью?

Теплопроводность легко передает тепло Среди тонкой керамики (также известной как «современная керамика») некоторые материалы обладают высокими уровнями проводимости и хорошо передают тепло, в то время как другие обладают низким уровнем проводимости и передают меньше тепла. Особенно хорошо передают тепло нитрид алюминия и карбид кремния.

Какая керамика имеет самую высокую теплопроводность?

Керамика из нитрида алюминия является наиболее широко используемым материалом с высокой теплопроводностью. Теоретическая теплопроводность монокристалла нитрида алюминия может достигать 3200 Вт / м • К.

Какой изолятор лучше – деревянный или керамический?

Во многих ситуациях мы хотим задержать тепло и замедлить его поток или остановить поток электричества и предотвратить поражение электрическим током. Пластик, резина, дерево и керамика – хорошие изоляторы.Пластиковое покрытие также используется для покрытия большинства электрических проводов в приборах. Воздух также является хорошим изолятором тепла.

Каковы термические свойства керамики?

Наиболее важными тепловыми свойствами керамических материалов являются теплоемкость, коэффициент теплового расширения и теплопроводность. С этими свойствами связаны многие области применения керамики, например ее использование в качестве изоляционных материалов. Тепловая энергия может храниться или передаваться твердым телом.

Является ли керамика хорошим проводником тепла?

Как правило, вещества, которые являются хорошими проводниками тепла, также являются хорошими проводниками электричества.Таким образом, все металлы – проводники, а воздух, (чистая) вода, пластмассы, стекло и керамика – изоляторы.

Является ли высокая теплопроводность хорошим изолятором?

Кроме того, изоляционные материалы, такие как аэрогель и изоляция, используемые в домах, имеют низкую теплопроводность, что указывает на то, что они не пропускают тепло через них легко. Таким образом, низкая теплопроводность указывает на хороший изоляционный материал. Значения для обычных материалов.

Материал	Электропроводность при 25 o C
Вакуум	0
Вода	0.58

Обладает ли пластик высокой теплопроводностью?

Как показывает практика, теплопроводность увеличивается на несколько процентов в диапазоне 0–100 ° C. Теплопроводность ненаполненных пластиков.

Акрилонитрил-бутадиен-стирол	ABS	0,14-0,21
Полиэтилен L	Низкая плотность	0,33
Полиэтилен HD	Высокая плотность	0.45-0,52
Полиимид	Каптон	0,10-0,35
Полиметилметакрилат	ПММА, акрил, плексиглас	0,17-0,19

Какой материал имеет самую высокую теплопроводность?

Алмаз является ведущим теплопроводным материалом, и его значения проводимости, измеренные в 5 раз, выше, чем у меди, наиболее производимого металла в Соединенных Штатах.

Какие бывают 3 вида керамики?

Есть три основных типа гончарных изделий / керамики.Это фаянс, керамогранит и фарфор.

У бумаги высокая теплопроводность?

Поскольку проводимость материалов может изменяться в зависимости от температуры, не существует единого значения для проводимости бумаги. Однако при стандартной температуре и давлении 25 градусов по Цельсию и 1 атмосфере теплопроводность бумаги составляет 0,05 Вт на метр по Кельвину.

Керамика – хороший изолятор?

Помимо Fine Ceramics, к другим изоляторам относятся парафин, резина, пластик, бумага и мрамор.Поскольку керамика обжигается в печи, ей можно придавать самые разные формы с превосходной термостойкостью и долговечностью. По этим причинам керамика издавна использовалась в качестве изоляторов.

Почему керамика плавится при таких высоких температурах?

Керамические материалы обладают высокой теплоемкостью и имеют как ионные, так и ковалентные связи. Способность материала поглощать тепло от окружающей среды – это его теплоемкость. Поскольку ионные связи прочные и однонаправленные, температура плавления керамики выше.

Обладает ли керамика низкой теплопроводностью?

В отличие от металлов керамика имеет низкую теплопроводность из-за ионно-ковалентной связи, которая не образует свободных электронов.

Почему керамика – плохой проводник?

Две наиболее распространенные химические связи для керамических материалов – ковалентные и ионные. Связь атомов друг с другом при ковалентной и ионной связи намного сильнее, чем при металлической. Отсутствие свободных электронов приводит к тому, что большая часть керамики плохо проводит электричество и тепло.

Имеет ли ткань высокую теплопроводность?

Ключевым свойством следующего текстиля является его высокая теплопроводность, которая позволяет теплу тела проходить через ткань за счет теплопроводности в окружающую среду.

Керамика – это теплопроводник или изолятор?

Как правило, вещества, которые являются хорошими проводниками тепла, также являются хорошими проводниками электричества. Таким образом, все металлы – проводники, а воздух, (чистая) вода, пластмассы, стекло и керамика – изоляторы.

Какой материал имеет наименьшую теплопроводность?

Теплопроводность [БТЕ / (ч · фут⋅ ° F)] Как видите, из наиболее распространенных металлов медь и алюминий имеют самую высокую теплопроводность, а сталь и бронза – самую низкую. Теплопроводность – очень важное свойство при выборе металла для конкретного применения.

Керамика – лучший изолятор, чем стекло?

Керамика легче стекла, но обычно потому, что она пористая.Одним из больших преимуществ керамики над классом является то, что керамика является хорошим теплоизолятором благодаря своей пористости.

Почему керамика легко ломается?

Керамика хрупкая, потому что в ней неравномерно распределены поры. Эти воздушные карманы делают керамику легче, но они являются структурными слабыми местами. Некоторые керамические изделия, например кирпичи, имеют большие поры. «Чем больше пора, тем легче ее сломать», – говорит Грир.

Почему керамика – хороший изолятор?

Керамика, используемая в качестве изолятора, не имеет свободных электронов (однако это не идеальный изолятор), поэтому это хороший изолятор.Фактически, именно это делает керамику хорошим теплоизолятором: в ней нет свободных электронов! Твердые тела можно классифицировать по ширине запрещенной зоны.

Может ли керамика проводить электричество?

Большинство керамических материалов сопротивляются прохождению электрического тока, и по этой причине керамические материалы, такие как фарфор, традиционно использовались в качестве электрических изоляторов.