Wärmeleitfähigkeit von Hochleistungskeramiken
Die Wärmeleitfähigkeit (k, in W/m-K) misst die Fähigkeit eines Materials, Wärme zu leiten - eine wichtige Eigenschaft für Elektronik, Luft- und Raumfahrt, Energie und industrielle Anwendungen. In diesem Artikel erfahren Sie, wie sich Hochleistungskeramik im Vergleich zu Metallen und Kunststoffen verhält, warum sie wichtig ist und wo sie eingesetzt wird.
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Warum die Wärmeleitfähigkeit von Keramik wichtig ist
Keramik wird häufig für das Wärmemanagement verwendet, da sie auf einzigartige Weise eine hohe Wärmeleitfähigkeit mit einer hervorragenden elektrischen Isolierung verbindet. Im Gegensatz zu Metallen, die sowohl Wärme als auch Strom leiten, können Hochleistungskeramiken wie Aluminiumnitrid (AlN), Berylliumoxid (BeO) und Siliziumkarbid (SiC) Wärme effizient übertragen und gleichzeitig den elektrischen Stromfluss verhindern. Dadurch sind sie ideal für elektronische Komponenten, Leistungsgeräte und Hochtemperaturanwendungen, bei denen elektrische Isolierung und zuverlässige Wärmeableitung entscheidend sind.
Darüber hinaus bietet die Keramik:
Dank dieser Eigenschaften können Keramiken als effektive Wärmespreizer, Substrate und isolierende Wärmesenken in Branchen wie Elektronik, Luft- und Raumfahrt, Automobilbau und Energie dienen.
Wie wird die Anwendungsrichtung von Materialien festgelegt?
Wärmeleitfähigkeitsdaten der wichtigsten Hochleistungskeramiken
Keramisches Material | k (W/m-K) | Merkmale |
---|---|---|
Beryllium-Oxid (BeO) | 230-330 | Sehr hohe Wärmeleitfähigkeit, elektrische Isolierung, giftig in Pulverform |
Aluminiumnitrid (AlN) | 170-210 | Hohe Wärmeleitfähigkeit, elektrische Isolierung, geringer dielektrischer Verlust |
Siliziumkarbid (SiC) | 120-200 | Extrem hart, ausgezeichnete Korrosions- und Verschleißfestigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit |
Bornitrid (h-BN) | ~60 | schmierend, thermisch stabil, elektrisch isolierend |
Tonerde (Al₂O₃) | 25-35 | Hohe Härte, gute Verschleißfestigkeit, hervorragende elektrische Isolierung |
Siliziumnitrid (Si₃N₄) | 20-30 | Hohe Bruchzähigkeit, Temperaturwechselbeständigkeit, geringe Dichte |
Zirkoniumdioxid (ZrO₂) | 2-3 | Hohe Zähigkeit, geringe Wärmeleitfähigkeit, Phasenumwandlungszähigkeit |
Bearbeitbare Glaskeramik (MGC) | ~2 | Leicht bearbeitbar, gute Durchschlagfestigkeit, geringe Wärmeleitfähigkeit |
*Die Daten dienen nur als Referenz.
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Vergleich: Keramik vs. Metalle und Kunststoffe
Das nachstehende Balkendiagramm zeigt die Wärmeleitfähigkeit verschiedener technischer Materialien - von superharten Keramiken bis hin zu gewöhnlichen Industriekunststoffen - in der Reihenfolge von hoch bis niedrig.
*Die Daten dienen nur als Referenz.