10種常用的導(dǎo)熱材料及熱導(dǎo)率

熱設(shè)計(jì)網(wǎng) 2023-05-25

熱導(dǎo)率是衡量材料導(dǎo)熱能力的一項(xiàng)指標(biāo)。熱導(dǎo)率高的材料能夠有效傳遞熱量，并且能夠從環(huán)境中快速吸收熱量。相反，不良的熱導(dǎo)體會(huì)阻礙熱流，并且緩慢的吸收環(huán)境的熱量。根據(jù) S.I（國(guó)際系統(tǒng)）指南，材料的熱導(dǎo)率單位為瓦/米·開(kāi)爾文 (W/m?K)。

導(dǎo)熱性能前十的材料及其熱導(dǎo)率測(cè)量值概述如下。由于熱導(dǎo)率會(huì)隨著使用的導(dǎo)熱測(cè)試設(shè)備及測(cè)量環(huán)境的不同而變化，因此這些熱導(dǎo)率值均為平均值。

十大常用的導(dǎo)熱材料

1.金剛石 – 2000 ~ 2200 W/m?K

金剛石是熱導(dǎo)率最高的材料之一，其熱導(dǎo)率值是銅的5倍，銅是美國(guó)產(chǎn)量最高的金屬。金剛石原子由簡(jiǎn)單的碳主鏈組成，這是一種能有效傳熱的理想分子結(jié)構(gòu)。通常，化學(xué)成分和分子結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的材料通常具有最高的熱導(dǎo)率值。

金剛石是許多現(xiàn)代手持電子設(shè)備的重要組成部分。在電子產(chǎn)品中可起到促進(jìn)散熱、保護(hù)電腦敏感零件的作用。金剛石的高熱導(dǎo)率在鑒定珠寶中寶石的真?zhèn)螘r(shí)也非常有用。只需在工具和技術(shù)中加入少量的金剛石，就能對(duì)導(dǎo)熱性能產(chǎn)生巨大影響。

2.銀 – 429 W/m?K

銀是一種相對(duì)便宜且儲(chǔ)量豐富的熱導(dǎo)體。銀是許多器具的制作材料，具有良好的延展性，是用途最廣的金屬之一。美國(guó)生產(chǎn)的銀中有35%用于電動(dòng)工具和電子產(chǎn)品（美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局2013年礦物界）。銀漿是銀的副產(chǎn)物，由于可用于環(huán)保能源替代品，其需求正在增長(zhǎng)。銀漿可用來(lái)生產(chǎn)光伏電池，而光伏電池是太陽(yáng)能電池板的重要組件。

3.銅 – 398 W/m?K

在美國(guó)，銅是制造導(dǎo)熱器具最常用的金屬。銅的熔點(diǎn)較高且腐蝕速度適中。并且能夠有效減少傳熱過(guò)程中的能量損失。金屬鍋、熱水管和汽車散熱器這幾種器具都利用了銅的導(dǎo)熱特性。

4.金 – 315 W/m?K

黃金是一種稀有的貴金屬，用于特定的導(dǎo)熱應(yīng)用。與銀和銅不同，黃金一般不會(huì)失去光澤，而且具有很強(qiáng)的抗腐蝕性。

5.氮化鋁 – 310 W/m?K

氮化鋁常被用作氧化鈹?shù)奶娲?。與氧化鈹不同，氮化鋁不會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成健康危害，但仍表現(xiàn)出與氧化鈹相似的化學(xué)和物理性質(zhì)。氮化鋁是已知具有電絕緣性和高熱導(dǎo)率的少數(shù)材料之一。具有優(yōu)異的抗熱震性，可用作機(jī)械芯片的電絕緣體。

6.碳化硅 – 270 W/m?K

碳化硅是一種由硅原子和碳原子均衡組成的半導(dǎo)體。將硅和碳相融合，兩者結(jié)合在一起，可形成一種非常堅(jiān)硬、耐用的材料。這種混合物通常用作汽車制動(dòng)器、渦輪機(jī)的部件，也常用于鋼鐵冶煉中。

7.鋁 – 247 W/m?K

鋁的成本較低，通常用作銅的替代品。盡管導(dǎo)熱性能不如銅，但鋁的儲(chǔ)量豐富，且熔點(diǎn)較低，易于加工。鋁是生產(chǎn)LED（發(fā)光二極管）燈的關(guān)鍵材料。銅鋁混合物變得越來(lái)越受歡迎，這是因?yàn)樗鼈兝昧算~和鋁的特性，并且生產(chǎn)成本更低。

8.鎢 – 173 W/m?K

鎢的熔點(diǎn)高、蒸氣壓低，是接觸高電流器具的理想材料。鎢的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可以在不改變電流的情況下用于電子顯微鏡的電極。也常用于燈泡或作為陰極射線管的組件。

9.石墨 168 W/m?K

與其他碳同素異形體相比，石墨的儲(chǔ)量豐富、成本低且重量輕，是十分優(yōu)秀的替代品。石墨是高分子混合物中的常用添加劑，可用來(lái)提高其導(dǎo)熱性能。電池是利用石墨高熱導(dǎo)率的常見(jiàn)例子。

10.鋅 116 W/m?K

有少數(shù)幾種金屬能夠與其他金屬容易結(jié)合形成金屬合金（兩種或多種金屬的混合物），鋅是其中之一。在美國(guó)，有20%的鋅制器具是由鋅合金制成的。生產(chǎn)的純鋅中有40%用于鍍鋅。鍍鋅是在鋼或鐵表面涂鍍鋅層的工藝，可防止金屬風(fēng)化和生銹。