İleri Seramiklerin Termal İletkenliği

Termal iletkenlik (k, W/m-K cinsinden) bir malzemenin ısıyı iletme kabiliyetini ölçer - elektronik, havacılık, enerji ve endüstriyel uygulamalar için kritik bir özelliktir. Bu makalede, gelişmiş seramiklerin metaller ve plastiklerle karşılaştırmasını, neden önemli olduklarını ve nerelerde kullanıldıklarını inceleyeceğiz.

Seramiklerin Sertliği: Özellikler, Karşılaştırma ve Uygulamalar

Seramik Isı İletkenliği Neden Önemlidir?

Seramikler termal yönetim için yaygın olarak kullanılmaktadır çünkü yüksek termal iletkenliği mükemmel elektrik yalıtımı ile benzersiz bir şekilde birleştirirler. Hem ısıyı hem de elektriği ileten metallerin aksine, alüminyum nitrür (AlN), berilyum oksit (BeO) ve silikon karbür (SiC) gibi gelişmiş seramikler elektrik akımı akışını önlerken ısıyı verimli bir şekilde aktarabilir. Bu da onları elektronik bileşenler, güç cihazları ve elektrik izolasyonunun ve güvenilir ısı dağılımının kritik olduğu yüksek sıcaklık uygulamaları için ideal hale getirir.

Ek olarak, seramikler şunları sunar:

  • Yüksek sıcaklıklarda yüksek termal kararlılık
  • Zorlu ortamlarda korozyon direnci
  • Termal döngü altında mekanik mukavemet ve dayanıklılık

Bu özellikler birlikte seramiklerin elektronik, havacılık, otomotiv ve enerji gibi sektörlerde etkili ısı yayıcılar, alt tabakalar ve yalıtkan ısı alıcıları olarak hizmet vermesini sağlar.

Malzemelerin uygulama yönüne nasıl karar verilir?

  • Yüksek termal iletkenliğe sahip gelişmiş seramikler, elektronik paketleme, havacılık termal kontrolü, yarı iletken ısı plakaları vb. gibi termal yönetimin temel parçaları için uygundur.
  • Yüksek mukavemetli malzemelerle birleştirilmiş orta termal iletkenlik, yüksek yüklü mekanik rulmanlar ve nozullar gibi dinamik yüksek sıcaklık bileşenleri için uygundur.
  • Düşük ısı iletkenliğine sahip malzemeler, termal bariyer kaplamaları ve yalıtım bölmeleri gibi yalıtım ve sıcaklık kontrol alanlarında kullanılır.

Önemli İleri Seramiklerin Termal İletkenlik Verileri

Seramik Malzeme k (W/m-K) Özellikler
Berilyum Oksit (BeO) 230-330 Çok yüksek ısı iletkenliği, elektrik yalıtımı, toz haline getirildiğinde toksik
Alüminyum Nitrür (AlN) 170-210 Yüksek ısı iletkenliği, elektrik yalıtımı, düşük dielektrik kaybı
Silisyum Karbür (SiC) 120-200 Son derece sert, mükemmel korozyon ve aşınma direnci, yüksek termal iletkenlik
Bor Nitrür (h-BN) ~60 Yağlayıcı, termal olarak kararlı, elektriksel olarak yalıtkan
Alümina (Al₂O₃) 25-35 Yüksek sertlik, iyi aşınma direnci, mükemmel elektrik yalıtımı
Silisyum Nitrür (Si₃N₄) 20-30 Yüksek kırılma tokluğu, termal şok direnci, düşük yoğunluk
Zirkonya (ZrO₂) 2-3 Yüksek tokluk, düşük ısı iletkenliği, faz dönüşümü tokluğu
İşlenebilir Cam Seramik (MGC) ~2 Kolayca işlenebilir, iyi dielektrik dayanımı, düşük ısı iletkenliği

*Veriler sadece referans içindir.

Doğru Seramiği Seçmek İçin Yardıma mı İhtiyacınız Var?

Doğru yüksek ısı iletkenliğine sahip seramik malzemenin seçilmesi, uzun vadeli güvenilirlik ve optimum performansın sağlanması açısından kritik öneme sahiptir. İhtiyacınız olan berilyum oksit, alüminyum nitrür veya alümina seramik levha malzemelerimiz endüstri lideri performans, dayanıklılık ve hassasiyet sunar.

Teknik ekibimiz size yardımcı olmak için burada - özel ihtiyaçlarınıza göre uzman, özelleştirilmiş tavsiyeler için bugün bize ulaşın.

Karşılaştırma: Seramikler ile Metaller ve Plastikler

Aşağıdaki çubuk grafik, süper sert seramiklerden yaygın endüstriyel plastiklere kadar çeşitli mühendislik malzemelerinin termal iletkenliğini yüksekten düşüğe doğru sıralanmış olarak göstermektedir.

Seramik Metal Plastik

*Veriler sadece referans içindir.

Applications based on ceramic Thermal Conductivity

  • Uygulama seramikleri:

    • Alüminyum nitrür (AlN)
    • Berilyum oksit (BeO)
    • Silisyum nitrür (Si₃N₄)
  • Uygulama vakaları:

    • Yüksek ısı yükü taşıyan yalıtım contası: Si₃N₄ seramik iyi termal iletkenliğe (yaklaşık 20-30 W/m-K), yüksek sıcaklık direncine ve darbe direncine sahiptir ve ısıyı etkili bir şekilde iletmek ve aşırı ısınmayı önlemek için yüksek hızlı millerde kullanılır.
    • Motor ısı dağıtımı uç kapağı: AlN yüksek termal iletkenliğe sahiptir (yaklaşık 170-220 W/m-K) ve genellikle ağırlığı ve termal stresi azaltmak için geleneksel metallerin yerine yüksek verimli motor gövdelerinde kullanılır.
    • Yüksek güçlü ekipman ısı değişim tabanı: CNC takım tezgahlarının güç modülü soğutması için kullanılır.
  • Uygulama seramikleri:

    • Alüminyum nitrür (AlN)
    • Berilyum oksit (BeO)
    • Alüminyum oksit (Al₂O₃)
  • Uygulama vakaları:

    • Yüksek frekanslı iletişim modülü ısı dağıtma substratı (AlN/BeO): Yüksek termal iletkenlik (BeO >250 W/m-K), mikrodalga çipinin sıcaklığının güvenli bir aralıkta kontrol edilmesini sağlar, genellikle 5G ve radar modüllerinde kullanılır.
    • LED paketi ısı dağıtma tabanı: AlN seramikler yüksek termal iletkenliğe ve iyi yalıtıma sahiptir ve yüksek güçlü LED ambalajları için ana malzemedir.
    • IGBT/güç yarı iletken paketi alt tabakası: AlN alt tabaka, çipin yerel aşırı ısınmasını etkili bir şekilde bastırır ve ömrünü uzatır.
  • Uygulama seramikleri:

    • Alüminyum nitrür (AlN)
    • Silisyum nitrür (Si₃N₄)
    • Alümina seramikler
  • Uygulama vakaları:

    • Güç bataryası termal yönetim seramik contası: AlN seramikler, ısıyı hızlı bir şekilde iletmek ve termal kaçağı önlemek için pil modülü ara parçaları için kullanılır.
    • Elektrik kontrol sistemi güç modülü alt tabakası: sistem soğutma verimliliğini artırmak için SiC MOSFET modüllerinin ısı yayma tabanı için kullanılır.
    • Elektrikli tahrik sistemi seramik yatakları: Si₃N₄ iyi termal iletkenlik ve elektrik yalıtım özelliklerine sahiptir ve enerji tüketimini ve sıcaklık artışını azaltmak için motor yataklarında yaygın olarak kullanılır.
  • Uygulama seramikleri:

    • Silisyum nitrür (Si₃N₄)
    • Alüminyum nitrür (AlN)
    • Berilyum oksit (BeO)
  • Uygulama vakaları:

    • Roket tahrik sistemlerinin ısı yalıtımı/ısı iletken seramik bileşenleri: nozul burçları ve yüksek hızlı gaz kanalları gibi, Si₃N₄ hem ısı direncine, hem ısı iletkenliğine hem de darbe direncine sahiptir.
    • Uydu elektronik bileşen ısı dağıtma tabanı: Havacılık ve uzay elektronik modüllerinin sabit çalışma sıcaklığını sağlamak için verimli ısı dağılımı için BeO veya AlN kullanın.
    • Yüksek hızlı uçak elektronik ekipmanlarının termal kontrolü: AlN seramikler, sistem güvenilirliğini artırmak için uçuş kontrol sistemlerindeki güç bileşenlerinden ısıyı dağıtmak için kullanılır.
  • Uygulama Seramikleri:

    • Silisyum Nitrür (Si₃N₄)
    • Silisyum Karbür (SiC)
    • Alümina Seramikler
  • Uygulama Vakaları:

    • Çelik Erimiş Sıcaklık Probu Koruyucu Kılıf (Si₃N₄, SiC): İyi termal iletkenlik ve kimyasal korozyon direnci ile sıcaklık sinyallerini hızlı bir şekilde iletebilir ve hizmet ömrünü uzatabilir.
    • Alüminyum Erimiş Termal Pota/Nozul: Yüksek termal iletkenliğe sahip seramiklerin (SiC gibi) kullanılması eşit şekilde ısınabilir ve yerel aşırı ısınmayı önleyebilir.
    • Termokupl Koruyucu Kılıf: Yüksek termal iletkenliğe sahip seramik kabuk, eritme sıcaklığı kontrolünün doğruluğunu sağlamak için sıcaklık değişikliklerine hızlı bir şekilde yanıt verir.

İlgili yüksek ısı iletkenlikli seramikler

İlgili ısı yalıtım seramikleri

Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

Berilyum oksit (BeO), ~285 W/m-K ile oksit seramiklerin başında gelir ve elektriksel olarak yalıtkanlığını korurken bakırın performansına yaklaşır.

PCB'lerde, LED'lerde, güç yarı iletkenlerinde ısı giderimi için mükemmel olan yüksek termal iletkenlik ve elektrik yalıtımı sunarlar.

Bakır gibi metaller seramikleri yener (~400'e karşı ~285 W/m-K), ancak seramikler korozyona karşı dirençlidir, daha hafiftir ve elektriği iletmez.

2D h-BN laminatlar, tek kristalli SiC (>490 W/m-K) ve termal genleşme uyumu ve yüksek iletkenlik için özel olarak tasarlanmış kompozitlere (örn. AlSiC) odaklanın.