Керамогранит теплопроводность: Что такое теплопроводность керамогранита, ее сравнение с другими материалами?

28 августа 2020 г .: Крайний срок подачи дайджестов

28 октября 2020 г .: Уведомление о принятии или отклонении статьи

20 ноября 2020 г .: Срок сдачи заключительных документов и регистрации авторов.

Сохранение теплых напитков теплыми — подход к тепловым свойствам

В нашей серии статей о перспективах 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 имеет большее значение для вашей повседневной жизни, 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 на кружку, а затем на ладони.

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!

Разработка керамогранита легче воды для теплоизоляции

Какие керамические материалы обладают высокой теплопроводностью?

Теплопроводность керамических материалов играет важную роль в их применении.В определенном диапазоне увеличение теплопроводности керамических материалов определенными методами 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 спекание СПИДа для улучшения связи между алмазными порошками и получения керамики 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.

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

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 Слак 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 зерна, 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.Следовательно, трудно производить керамику AlN высокой чистоты с помощью обычных методов 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. 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.

Проводящая керамика | Британника

Электропроводящая керамика , современные промышленные материалы, которые благодаря изменениям в своей структуре служат электрическими проводниками.

Помимо хорошо известных физических свойств керамических материалов — твердости, прочности на сжатие, хрупкости — существует свойство удельного электрического сопротивления.Большая часть керамики сопротивляется прохождению электрического тока, и по этой причине керамические материалы, такие как фарфор, традиционно использовались в качестве электрических изоляторов. Однако некоторая керамика отлично проводит электричество. Большинство этих проводников — это современная керамика, современные материалы, свойства которых изменяются за счет точного контроля над их производством из порошков в изделия. Свойства и производство современной керамики описаны в статье «Современная керамика». В этой статье предлагается обзор свойств и областей применения некоторых электропроводящих современных керамических материалов.

Причины возникновения удельного сопротивления в большинстве керамических материалов описаны в статье «Состав и свойства керамики». Для целей этой статьи можно кратко объяснить происхождение проводимости в керамике. Электропроводность в керамике, как и в большинстве материалов, бывает двух типов: электронная и ионная. Электронная проводимость — это прохождение свободных электронов через материал. В керамике ионные связи, удерживающие атомы вместе, не допускают свободных электронов. Однако в некоторых случаях в материал могут быть включены примеси разной валентности (то есть имеющие разное количество связывающих электронов), и эти примеси могут действовать как доноры или акцепторы электронов.В других случаях могут быть включены переходные металлы или редкоземельные элементы различной валентности; эти примеси могут действовать как центры для поляронов — разновидностей электронов, которые создают небольшие области локальной поляризации при перемещении от атома к атому. Электропроводящая керамика используется в качестве резисторов, электродов и нагревательных элементов.

Ионная проводимость состоит из перехода ионов (атомов с положительным или отрицательным зарядом) от одного узла к другому через точечные дефекты, называемые вакансиями в кристаллической решетке.При нормальных температурах окружающей среды происходит очень небольшое скачкообразное движение ионов, поскольку атомы находятся в относительно низкоэнергетических состояниях. Однако при высоких температурах вакансии становятся подвижными, и некоторые керамические материалы демонстрируют так называемую быструю ионную проводимость. Эта керамика особенно полезна в датчиках газа, топливных элементах и ​​батареях.

Толстопленочные и тонкопленочные резисторы и электроды

Полиметаллические керамические проводники имеют самую высокую проводимость среди всех керамических материалов, кроме сверхпроводящей (описанной ниже).Примерами полуметаллической керамики являются оксид свинца (PbO), диоксид рутения (RuO ₂ ), рутенат висмута (Bi ₂ Ru ₂ O ₇ ) и иридат висмута (Bi ₂ Ir ₂ O ₇ ). Как и металлы, эти материалы имеют перекрывающиеся энергетические зоны электронов и, следовательно, являются отличными электронными проводниками. Они используются как «чернила» для резисторов трафаретной печати в толстопленочных микросхемах. Чернила представляют собой измельченные частицы проводника и глазури, диспергированные в подходящих органических веществах, которые придают свойства текучести, необходимые для трафаретной печати.При обжиге органика выгорает по мере плавления глазури. Изменяя количество частиц проводника, можно добиться больших вариаций сопротивления толстых пленок.

Керамика на основе смесей оксида индия (In ₂ O ₃ ) и оксида олова (SnO ₂ ), называемая в электронной промышленности оксидом индия и олова (ITO), — выдающиеся электронные проводники, и у них есть дополнительное преимущество оптической прозрачности. Проводимость и прозрачность возникают из-за комбинации большой запрещенной зоны и включения достаточного количества доноров электронов.Таким образом, существует оптимальная концентрация электронов, чтобы максимизировать как электронную проводимость, так и оптическую передачу. ITO видит широкое применение в качестве тонких прозрачных электродов для солнечных элементов и жидкокристаллических дисплеев, например, используемых в экранах портативных компьютеров. ITO также используется в качестве тонкопленочного резистора в интегральных схемах. Для этих целей он применяется стандартными методами тонкопленочного осаждения и фотолитографии.

Проводящая керамика уже давно используется в качестве нагревательных элементов для электрических нагревателей и печей с электрическим нагревом.Проводящая керамика особенно эффективна при повышенных температурах и в окислительных средах, где устойчивые к окислению металлические сплавы не работают. Примеры электродной керамики и их максимальной температуры использования на воздухе показаны в таблице 1. Каждый материал имеет уникальный механизм проводимости. Карбид кремния (SiC) обычно является полупроводником; однако, легированный соответствующим образом, он является хорошим проводником. Как SiC, так и дисилицид молибдена (MoSi ₂ ) образуют защитные поверхностные слои из кварцевого стекла, которые защищают их от окисления в окислительной атмосфере.MoSi ₂ — полуметалл с высокой проводимостью. Хромит лантана (LaCr ₂ O ₄ ) — небольшой поляронный проводник; замена ионов щелочноземельных металлов (, например, кальция или Ca ²⁺ ) на La ³⁺ приводит к превращению равной доли Cr ³⁺ в Cr ⁴⁺ . Перескок электронов между двумя состояниями ионов Cr обеспечивает высокую проводимость, особенно при повышенных температурах.

Проводимость в диоксиде циркония (ZrO ₂ ) является ионной, в отличие от механизмов электронной проводимости, описанных выше.При легировании диоксида циркония ионами Ca ²⁺ или иттрия (Y ³⁺ ) образуются кислородные вакансии. При температуре выше 600 ° C (1100 ° F) ионы кислорода (O ^2-) становятся подвижными и заполняют эти вакансии, и они очень подвижны при более высоких температурах. Для нагревательных элементов из диоксида циркония требуется предварительный нагреватель для достижения порога 600 ° C, но их можно использовать для достижения температуры до 2000 ° C (3600 ° F).

Оксид олова (SnO ₂ ) имеет очень специфическое применение в качестве предпочтительного электрода для специальных стекловаренных печей (например, для оптического стекла).Это приложение требует высокой проводимости и устойчивости к коррозионным элементам в расплаве стекла; Кроме того, ржавый электродный материал не должен изменять цвет стекла. Оксид олова — единственный материал, который удовлетворяет этим критериям. Чистый оксид олова — это полупроводник с широкой запрещенной зоной, но присущий ему недостаток кислорода плюс замена олова ионами сурьмы приводит к высокой проводимости.

Измерение теплопроводности и моделирование изоляционных материалов из керамического волокна (Журнальная статья)

Хедли, Александр Дж., Хилман, Майкл Б., Роббинс, Арон С., Пиекос, Эдвард С., Стирруп, Эмили К. и Робертс, Кристин К. Измерения теплопроводности и моделирование изоляционных материалов из керамического волокна . США: Н. п., 2019. Интернет. DOI: 10.1016 / j.ijheatmasstransfer.2018.10.060.

Хедли, Александр Дж., Хайлман, Майкл Б., Роббинс, Арон С., Пиекос, Эдвард С., Стирруп, Эмили К. и Робертс, Кристин С. Измерение теплопроводности и моделирование изоляционных материалов из керамического волокна . Соединенные Штаты. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.10.060

Хедли, Александр Дж., Хайлман, Майкл Б., Роббинс, Арон С., Пиекос, Эдвард С., Стирруп, Эмили К. и Робертс, Кристин С. Пт. «Измерение теплопроводности и моделирование изоляционных материалов из керамического волокна».Соединенные Штаты. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.10.060. https://www.osti.gov/servlets/purl/1485821.

@article {osti_1485821,
title = {Измерение теплопроводности и моделирование изоляционных материалов из керамического волокна},
автор = {Хедли, Александр Дж. и Хайлман, Майкл Б. и Роббинс, Арон С. и Пиекос, Эдвард С.and Stirrup, Emily K. and Roberts, Christine C.},
. abstractNote = {Изоляционные материалы из керамического волокна используются во многих приложениях (например, в аэрокосмической, противопожарной и военной) из-за их стабильности и производительности в экстремальных условиях. Однако термические свойства этих материалов не были полностью охарактеризованы для многих условий, которым они будут подвергаться, таких как высокие температуры, давления и альтернативные газовые атмосферы. Возникающая в результате неопределенность свойств материала может усложнить проектирование систем, использующих эти материалы.В этом исследовании теплопроводность двух изоляционных материалов из керамического волокна, ламината Fiberfrax T-30LR и бумаги 970-H, была измерена как функция температуры окружающей среды и сжатия в воздушной среде с использованием метода источника переходной плоскости. Кроме того, вводится модель для учета изменений теплопроводности в зависимости от температуры, сжатия и окружающего газа. Модель была настроена на собранные экспериментальные данные, и результаты сравниваются. Наконец, настроенная модель также сравнивается с опубликованными наборами данных, полученными в средах аргона, гелия и водорода, и обсуждается согласие.},
doi = {10.1016 / j.ijheatmasstransfer.2018.10.060},
url = {https://www.osti.gov/biblio/1485821}, journal = {Международный журнал тепломассообмена},
issn = {0017-9310},
число = C,
объем = 129,
place = {United States},
год = {2019},
месяц = ​​{2}
}

Полы с подогревом — Casalgrande Padana

Сара Кости

Сегодня пол с подогревом является синонимом роскоши и комфорта.Его увлекательная история вдохновила на важные технологические достижения. Идея теплых полов возникла около двух тысяч лет назад. Древние греки использовали гипокауст (что означает «нагретый снизу»), который заставлял горячий воздух циркулировать под полом, поднятым на колоннах. Эта система также использовалась в Древнем Риме для обогрева общественных бань и больших помещений.

Ранние формы лучистого отопления появились в 1905 году благодаря исследованиям Фрэнка Ллойда Райта после его первой поездки в Японию. В 1907 году профессор Артур Х.Баркер изобрел систему обогрева панелей с использованием небольших труб в Англии. Вдохновленный исследованиями Оскара Фабера, в 1937 году Фрэнк Ллойд Райт спроектировал дом с солнечным отоплением для Герберта Джейкобса. Это был первый усонианский дом, которым Ллойд Райт описал свое видение Соединенных Штатов. Первая система водяного теплого пола была установлена ​​в Канаде в 1960 году. Эта система стала популярной во всем мире в 80-е годы.

Напольное отопление , также известное как лучистое отопление, состоит из сети труб, внутри которых течет теплая вода (30-40 ° C) для равномерного распределения тепла вверх.Эти трубы могут быть расположены по спирали или змеевику по всему напольному покрытию. Их погружают в стяжку и покрывают слоем утеплителя, поверх которого укладывается напольный материал. Как стяжка, так и пол служат барьерами для распространения тепла вверх и предотвращения его рассеивания. Материалы для полов с более высокой теплопроводностью будут обеспечивать меньшее рассеивание тепла, тем самым снижая потребление.

Полы с подогревом имеет много преимуществ.Он равномерно распределяет тепло по всем комнатам дома и предотвращает образование плесени и пыли. Он интегрируется в другие системы, использующие возобновляемые источники энергии (солнечные или тепловые панели или котлы на биомассе) и позволяет значительно экономить энергию. Также это отличное решение с эстетической точки зрения.

Преимущества пола из керамогранита

Керамогранит отличается высокими коэффициентами пропускания и теплопроводности (около 1.3 Вт / мК), что делает его одним из лучших вариантов для полов с подогревом .

Широкоформатная керамогранитная плитка толщиной всего 6,5 мм позволяет теплу равномерно и равномерно распространяться, уменьшая рассеивание.

Небольшие линии затирки и клейкий слой без пузырьков воздуха под этой крупноформатной плиткой из керамогранита обеспечивают элегантный эстетический эффект. Но они также способствуют оптимальной теплопередаче, так как непрерывная поверхность создает однородный материал.При использовании крупноформатной плитки из керамогранита для полов с подогревом необходимо тщательно выбирать затирку и устройство компенсационных швов.

Система полов с подогревом в сочетании с Casalgrande Padana использует технологию Bios Antibacterial® , что позволяет каждому ходить босиком дома, а детям — играть на полу даже зимой. Bios Antibacterial® — это средство для ухода за напольной и настенной плиткой, подходящее для любых внутренних и наружных работ. Это лечение на основе серебра помогает сделать ваше пространство более здоровым, уменьшая количество основных бактериальных штаммов ( Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Enterococcus faecalis ) на 99.9% и предотвращает образование плесени, дрожжей и грибков. Секрет Bios Antibacterial® — это серебро, которое издревле использовалось из-за его антибактериальных свойств. Он не токсичен для людей и животных, не вызывает аллергии при контакте с кожей и не выделяет вредных веществ; поэтому он безопасен для здоровья человека. Эта обработка постоянно интегрируется в плитку; поэтому их антибактериальные свойства не уменьшаются со временем. Более того, Bios Antibacterial® создает защиту, которая всегда активна, днем ​​и ночью, с солнечным или ультрафиолетовым светом или без него.

При использовании крупноформатной керамогранитной плитки для полов с подогревом необходимо тщательно выбирать затирку и устройство компенсационных швов.

Casalgrande Padana позволяет вам выбирать из широкого диапазона имитация дерева , имитация камня , мрамора , имитация бетона и металл. плитка с эффектом . Идеальный выбор для любого стиля: классический современный, минималистский, скандинавский, шебби-шик и городской шик.

Керамогранит Casalgrande Padana изготавливается исключительно из натурального сырья , без каких-либо пластмасс и вредных веществ. Они полностью перерабатываются , инертные , огнестойкие , неаллергенные и остаются неизменными с течением времени.