Коэффициент теплопроводности керамогранита: Теплопроводность керамогранита — Elite-k

Содержание

Что теплее — керамогранит или керамическая плитка?

На строительном рынке большой выбор отделочных материал и из такого разнообразия фирм и коллекций трудно выбрать то, что необходимо. При выборе плитки задача усложняется, ведь нужно помнить об его различных видах, которые между собой различаются. Виды этого материала имеют в составе одинаковые компоненты и технические характеристики. Выбирая между керамической плиткой и керамогранитом, нужно знать, что теплее. Необходимо разобраться с нюансами и характеристиками этих облицовочных покрытий. Самыми известными напольными покрытиями являются керамогранит и керамическая плитка. Эти строительные материалы подходят для любых видов отделки не только полов, но и стен. При укладке этих материалов мы хотим сделать полы теплыми (обычная плитка и керамогранит холодные строительные материалы, которые необходимо утеплять). Что теплее керамическая плитка или керамогранит? Чтобы ответить на этот вопрос необходимо разобраться, кто проводит тепло лучше.

Теплопроводность керамической плитки

Керамическая плитка как напольное покрытие имеет много преимуществ. Лучше всего ее укладывать на плиточный клей на стяжку из бетона. Такая укладка напольного покрытия хорошо будет собирать тепло и отдавать его воздуху. За короткий промежуток времени плитка греется и на долгое время воздух в помещении будет нагрет. У керамической плитки небольшой коэффициент проводимости тепла. Она хорошо аккумулирует тепло в сочетании с остальными строительными материалами.

Керамогранит и его теплопроводность

Своими свойствами керамогранит превосходит другие облицовочные материалы. Даже обычная плитка ему уступает. На его выбор влияет вес, цветовая гамма, текстура и габариты. Но основным параметром при выборе керамогранита остается все-таки коэффициент теплопроводности. Обо всех характеристиках керамогранита можно прочитать на упаковке. У керамогранита очень маленький коэффициент теплопроводности. Это напольное покрытие нагревается и очень медленно отдает свое тепло. Керамогранит как напольное покрытие лучше всего подойдет для обустройства теплых полов. Если пол облицовывают плиткой, необходимо выбирать керамическую плитку с наименьшим показателем теплопроводности. Сократить траты на обогрев можно с помощью керамогранита. По показателям теплопроводности он обходит всех соперников и керамическую плитку тоже.

При выборе напольного покрытия между керамогранитом и керамической плиткой стоит выбирать первое. Керамогранит обладает рядом достоинств, среди которых:

  • маленькая цена;
  • теплопроводность ниже, чем у керамической плитки и других строительных материалов;
  • подходит для облицовки не только полов, но и стен;
  • высокая устойчивость к износу.

При сравнении характеристик керамической плитки и керамогранита становится ясно, что керамогранит теплее.

водопоглощение, морозостойкость, теплопроводность и термическая стойкость. Статьи компании «ЛенКерам»

 

Физические свойства плитки — это свойства, которые не зависят от механического или химического воздействия. Изменение в состоянии материала при повышении влажности, температуре ниже 0 градусов, теплопроводность и термическая стойкость.

 

 

 

 

 

Водопоглощение
Данный параметр показывает пористость плитки, что непосредственно влияет на плотность изделия, и соответственно на прочность. Чем более пористая плитка, тем менее она прочная, в соответствии с чем классифицируется по соответствующему стандарту EN 14411.
Показатель водопоглощения зависит от количества жидкости, которое она впитывает в соотношении к массе сухой плитки. В случае с глазурованными плитками, данный показатель не затрагивает глазурь, так как у глазури отсутствует пористость.

Водопоглощение определяется двумя методами: кипячения (плитку на 2 часа опускают в кипящую воду) и вакуумным методом (водонасыщение происходит в вакуумной камере с пониженным давлением). При испытаниях, плитку взвешивают в сухом состоянии, после чего производят погружение в воду, и после извлечения снова взвешивают, на основании чего рассчитывают водопоглощение.

Морозостойкость
Показатель, отражающий способность плитки выдерживать температуры ниже ноля градусов, это особенно важно для плитки, которую планируется использовать в экстерьере.
Замораживание происходит в 2 этапа: проникновение воды внутрь плитки;замораживание её и соответственно расширение. Показатель морозостойкости определяется по двум параметрам: возможность попадания воды внутрь плитки; размер и форма пор — которые определяют степень нагрузки, которую материал будет испытывать в процессе замерзания.

Соответственно, можно сделать вывод, что данное качество напрямую связанно со свойством водопоглощения плитки, чем оно выше, тем ниже морозоустойчивость.

Чем отличается технический керамогранит от обычного? Узнайте в статье по ссылке

Теплопроводность и термическая стойкость
Теплопроводность — коэффициент теплопроводности плитки варьируется обычно от 0,5 у более пористых материалов, до 0,9 у более плотных (клинкер, керамогранит).
Керамическая плитка как и натуральный камень может аккумулировать тепло, то есть плитка долго нагревается, но нагревшись — долго остывает. Все эти свойства необходимо учитывать при проектировании облицовочных поверхностей, а так же при устройстве теплых полов.

Термическая стойкость — способность плитки выдерживать резкие перепады температур, особенно если это частое явление. При резком нагревании, поверхность плитки расширяется, и нижние слои остаются более холодными, что может привести к деформации. Плитка — твердый материал, поэтому может растрескаться, в случае если показатель термической стойкости не достаточен для таких перепадов.


Конечно вряд ли в каком-либо магазине вы в описании увидите все эти показатели, да и если спросите у консультанта, нельзя быть уверенным, что он знает ответы, поэтому правила простые: керамогранит и клинкер могут находиться в суровых условиях перепадов температуры, и замерзания, а вот керамическая плитка скорее всего потрескается.

 

 

гост, толщина, вес, теплопроводность, водопоглощение, прочность

Для подтверждения технических характеристик керамогранита производители регулярно испытывают его на прочность. Технологии совершенствуются и в 2015 году керамогранит ГОСТ 6787-2001 превосходит требования стандартов практически в два раза.
Плотность керамогранита выше, чем плотность натурального камня и керамической плитки — удельная плотность керамогранита 1400 кг/м³

Технические характеристики керамогранита ГОСТ 6787-2001 и фактических показателей тестов производителей.
  Технические характеристики керамогранита Евростандарт
UNI EN 14411		 ГОСТ
6787-2001		 Нормативы
 		 Средние показатели
плитки
Соответствие размеров сторон (мм) (± 1,8 мм) ± 1,5 ± 0,5 ± 0,5
Толщина (мм) (± 0,4) ± 0,5 ± 0,5 ± 0,2
Кривизна (%) ± 0,5 ± 1,5 ± 0,6 ± 0,1
Косоугольность (%) ± 0,6 ± 0,5 ± 0,5 ± 0,3
Кривизна поверхности (%) ± 0,5 ± 0,5 ± 0,5 ± 0,2
Водопоглощение (%) < 3 < 3,5 < 0,5 < 0,07
Предел прочности при изгибе (МПа) > 27 > 28 > 35 > 45
Твердость по шкале Мооса > 6 — — 7
Устойчивость к истиранию
по кварцевому песку (г/см2)		 — < 0,18 < 0,18 0,08
Износоустойчивость мм3 <205 — — 190
Морозостойкость (циклов без повреждений) без повреждений > 25 > 50 > 200

Износостойкость

На испытаниях при продолжительном абразивном воздействии керамогранит теряет в толщине от 120 до 200 мм3, меньше чем натуральный гранит. Класс износостойкости керамогранита 4 (PEI Ⅳ) и 5 (PEI Ⅴ).

Водопоглощение

Определяется отношением массы воды в образце при полном насыщении, к его сухой массе. Этот показатель важно учитывать при наружной облицовке. Водопоглощение керамогранита составляет не более 0,05 % — ниже других облицовочных материалов. Он останется без повреждений при температурных перепадах минимум 30 лет.

Стойкость керамогранита к кислотам и щелочам

Согласно европейским стандарту ISO 10545-13 керамогранит кислотостойкая плитка класса ULA, потеря массы не более 1,36%. По ГОСТ 961-89 плитки вида ТКД и ТКГ предназначение для защиты от концентрированных кислот.

Предел прочности при изгибе и разрушающая нагрузка

Это основные строительные характеристики прочности облицовочных материалов. Предел прочности керамогранита составляет 45 МПа при максимальной разрушающей нагрузке на тестируемый образец 2000 ньютонов. Показания могут незначительно отличатся в зависимости от типа и толщины плитки керамогранита.

Устойчивость керамогранита к загрязнениям

Устойчивость керамогранита к загрязнениям определяется нормой ISO 10545-14. В процессе испытаний используют три вида загрязняющих реагентов: чернила, раствор йода и оливковое масло, и четыре варианта чистки и соответствующие очищающие средства (горячая вода, ручная чистка обычными чистящими средствами, механическая чистка средствами с сильной концентрацией, использование химического растворителя). Результат ранжируется от 1 до 5, чем выше показатель, тем больше устойчивость и простота чистки. Для матового керамогранита — это 3-й уровень. Для удаления пятен с керамогранитной плитки (особенно, если предполагается использование разноцветных затирочных смесей) рекомендуется приобрести специальное чистящее средство на кислотно-растворящей основе. Удаление пятна на напольном керамограните вполне возможно, для начала следует попробовать горячую воду и обычные чистящие бытовые средства, и как можно скорее.

Плитка керамогранитная. Технические характеристики

С недавних пор на смену традиционному кафелю пришел синтетический облицовочный камень, именуемый керамогранит. Изготавливаемый из каолиновых глин, кварца и полевого шпата, он сразу привлек к себе внимание широких масс, благодаря своей прочности, долговечности и универсальности. Некоторые виды этого облицовочного покрытия рекомендованы как для стен, так и пола, для внутренних и наружных работ. По своему составу керамический гранит очень близок к природному минералу, что делает его экологически чистым продуктом.

При покупке керамогранита цветовая гамма, текстура, дизайн, безусловно, играют существенную роль. Однако на технические характеристики керамогранитной плитки для пола, все же, стоит обращать внимание в первую очередь, чтобы в будущем она соответствовала условиям эксплуатации. Рассмотрим основные показатели этого популярного материала, позволяющие сделать правильный выбор:

  1. Износостойкость. Указывает на степень сопротивляемости покрытия к истиранию и любому внешнему динамичному воздействию. В зависимости от типа синтетического камня это показатель может меняться.

  2. Морозостойкость. Определяет возможность использования материала для наружной отделки. Любая керамогранитная плитка для пола, технические характеристики которой включают в себя данный параметр, способна выдержать до 50-ти циклов по замораживанию/размораживанию, без каких-либо последствия такого влияния.

  3. Водопоглощение. И хотя по стандарту EN это значение составляет не более 3%, в действительности у керамогранита оно крайне низкое — в среднем, от 0,05 до 0,5%. Это позволяет применять плитку в разных климатических зонах для наружной облицовки зданий.

  4. Прочность на изгиб. Плитка керамогранитная по ГОСТ с этим показателем прочнее натурального камня почти в три раза, обычного напольного кафеля — в полтора, а настенной облицовки — в два.

  5. Устойчивость к механическому воздействию. Согласно EN, выделяется две позиции: сопротивляемость царапинам: >6 Моос и стойкость к образованию разлома: >27 N/mm кв.

  6. Удельный вес керамогранита. Он колеблется в пределах 2400 кг/куб.м, что примерно соответствует удельному весу стекла.

  7. Длина, ширина, толщина. Наиболее ходовой размер материала — 600 на 600 мм, с толщиной 12, но он в основном применим на больших площадках. Для малогабаритных помещений плитка керамогранитная 300х300х8, технические характеристики которой соответствуют вышеуказанным стандартам, — самый оптимальный вариант.

  8. Стойкость цвета и его чистота. По определению EN, данный показатель числится как «без изменений», поскольку керамический гранит обладает устойчивостью к агрессивным воздействиям со стороны химических веществ, щелочей, кислот, а также не изменяет свою цветовую палитру при длительном солнечном излучении.

  9. Сопротивляемость скольжению. На данное свойство стоит обращать более пристальное внимание, если керамогранит будет использоваться для пола. Для того, чтобы определить класс керамогранита, в специальных лабораториях фабрик проводятся испытания. К примеру, для частного жилья рекомендуется плитка керамогранитная с техническими характеристиками одного типа, а для общественных мест и производственных площадок этот параметр совершенно другой. Избежать скольжения и травматизма помогает выраженная рельефность облицовки либо специальное инновационное покрытие «AntiSlip system».

  10. Теплопроводность. И пусть в нормативных документах это свойство не нашло отражения, постоянное использование керамогранита для вентфасадов и системы «теплый пол» красноречиво свидетельствует, что коэффициент теплопроводности у искусственного камня меньше, чем у природного.


Похожие статьи

Что теплее: керамическая плитка или керамогранит?

15.10.2018

Выбор отделочного материала многих вгоняет в ступор, новички часто интересуются, керамогранит теплее плитки или нет? Чтобы ответить на вопрос, керамогранит теплее плитки или нет, попробуем досконально во всем разобраться.

Процесс изготовления материалов

Чтобы понять, какая плитка теплее – керамическая или керамогранитная, рассмотрим каждый материал по отдельности.

Процесс производства керамогранита и керамики аналогичен. Оба сырья получают путем прессования. В состав плитки входит глина, песок и минералы. Все компоненты смешиваются и обжигаются при высокой температуре. После изделие покрывают эмалью и обжигают повторно.

Готовый строительный ресурс пригоден только для отделки стен здания, потому как его структура менее прочна, но более пориста, чем многие материалы, относящиеся к этому классу. Такая плита носит название бикоттура.

Кафель типа монокоттура производится тем же способом. Однако в процессе производства используется более мощное прессование. В результате структура изделия получается менее пористой. Обжиг осуществляется однократно, эмаль применяется сразу. Материал идеально подходит как для отделки стен, так и для напольного покрытия.

Керамогранитную плитку получают, слегка подкорректировав традиционный, вышеописанный способ. С первого момента своего появления керамогранит использовали в качестве облицовочного материала для полов в общественных местах. Однако с развитием современных технологий специалисты постоянно экспериментировали, в результате чего им удалось существенно улучшить эстетические качества сырья. Таким образом, оно стало пригодным для использования в жилых помещениях.

Для производства керамогранита берется та же смесь, что и для получения керамики, но в нее сразу же добавляют красящие пигменты, благодаря чему керамогранит имеет равномерный оттенок по всей толщине. Также материал не эмалируется. Однородную массу разбавляют водой, тщательно просушивают, а затем прессуют, используя самый мощный пресс. И запекается в специально отведенном месте при температуре около 1200-1300 градусов.

Керамогранит, практически, не впитывает влагу. Сырье обладает максимально низкой пористостью, которая не превышает трех процентов.

Какое сырье способно удерживать тепло в течение длительного времени?

Керамогранит и керамическая плитка схожи по многим характеристикам.

Существует несколько разновидностей плитки:

  • хрупкая – используется для отделки стен внутри здания;
  • износостойкая – отлично подходит в качестве напольного покрытия;
  • морозостойкая – применяется для облицовки наружных стен.

Но керамогранит все же выигрывает благодаря своим неизменным качествам, таким как:

  • устойчивость;
  • низкий уровень водопоглощения.

На основе вышеизложенного можно сделать вывод, что керамогранит теплее керамической плитки. Низкий коэффициент теплопроводности сырья обеспечивает хорошее нагревание, и удерживание комфортной температуры в течение длительного периода времени. В отличие от керамической плитки, которую нужно подбирать для такой цели специально, керамогранит включает в себя функцию удерживания тепла по умолчанию. Это оптимальный вариант для отделки полов.

толщина пола, технические характеристики и теплопроводность, удельный вес и водопоглощение

Достаточно популярным и востребованным материалом для отделки пола является керамогранит

Отличие керамогранитной плитки лежит в технологическом процессе производства. Для керамогранитной плитки используется прессование под давлением не менее 450 кг/см2 в отличие от керамической плитки. Керамическую плитку прессуют под давлением не более 300 кг/см2. Вторым отличием в технологии является температура обжига: для керамогранита применяется не менее 1300 ᵒС, для керамической плитки – 500-900 ᵒС. Ниже узнаем о керамогранитной плитке подробнее.

Содержание материала:

Керамогранит и его технические характеристики

При всей схожести названия, керамогранитная плитка не имеет никакого отношения к граниту, разве что, можно сказать прочная, как гранит. Керамогранитную плитку можно отнести к особому виду керамической плиты. Описание технологического процесса строится так: перемешивается масса глины, песка, шпатов и минеральных красителей до однородной гомогенной массы, затем прессуется на гидравлическом прессе под давление не менее 450 кг/см2, чем давление будет выше, тем масса будет плотнее без мельчайших воздушных камер, затем эти плитки сушат и только после этого полуфабрикаты обжигают при температуре не меньше 1300 оС в тоннельной печи.

Ознакомиться с техническими характеристиками керамогранита можно самостоятельно в интернете или в магазине

Уникальные эксплуатационные качества керамогранитной плитки можно сгруппировать по следующим критериям:

  • Особая прочность к механическим повреждениям, устойчивость к ежедневной нагрузочной шлифуемости, как от оборудования, так и от любых движущихся объектов, незаурядная износоустойчивость;
  • Предел прочности на изгибе регламентируется ГОСТом;
  • Низкая способность к абсорбции воды, т.е. поглощение воды намного меньше, чем у натурального гранита;
  • Абсолютная невосприимчивость к действию агрессивных химических растворов;
  • Прекрасная адаптивность к резким перепадам температуры;
  • Устойчивость по отношению действия внешней среды на цветовую гамму и глубину рисунка;
  • Высокая устойчивость на изгиб;
  • Нескользящая поверхностью при намокании.

Особые технические характеристики керамогранитной плитки делают ее довольно востребованным строительным материалом для широкого спектра использования. Многоцветный керамогранит группируется по типу получения внешнего окраса. Гомогенный, технический, производится в соответствии со стандартами без какой-либо дополнительной обработки поверхности, шершавый, имеет однородную структуру, внешне похож на натуральный гранит или керамический камень, имеет увеличенную толщину и небольшой размер плитки, считается наиболее прочным.

В состав керамогранита входят только природные материалы, что определяет его экологичность.

Глазурованный – до обжига в печи на полуфабрикат наносится тонкий слой глазури, после процедуры запекания, глазурь впекается в поверхность плитки. Двойная засыпка или частично-окрашенный, когда в верхний слой примешаны окрашивающие пигменты, а нижний слой из исходного сырья. Окрашенный в массе – до вымешивания смеси, добавляются красящие пигменты, которые вмешиваются во всю массу плитки, после обжига плитка приобретает равномерный окрас по всей толщине.

Состав керамогранита

Керамогранит можно систематизировать по типам поверхности (из Вики). Матовая или натуральная, присуща техническому (гомогенному) керамограниту, получается на выходе после обжига без какой-либо дополнительной обработки. Шлифованная, обработанная специальными абразивными щетками с алмазным напылением, имеет красивый ненавязчивый глянец, приятный на ощупь. Полированная шлифуется алмазными дисками до зеркального вида, на ощупь очень гладкая, скользящая. Структурированная имитирует любой вид рельефной поверхности, например, дерево, кожу, любой натуральный камень и т.д. Сатинированная производится путем нанесения на готовые полуфабрикаты минеральных солей, после обжига получается легкий глянец. Лаппатированная или полуполированная, получается путем частичного срезания верхнего матового слоя на специальном оборудовании, образуется поверхность с чередованием гладкой и матовой структуры с ощущением объемности.

Производят также керамогранитную плитку с рустичными, антибактериальными, светящимися, противоскользящими поверхностями. Как говорится, на вкус и цвет, был бы любитель.

Для изготовления керамогранита, как правило, используется кварцевый песок, полевой шпат и каолиновая глина

Неполированный, технический керамогранит используется в промышленных учреждениях, складах, рельефный объемный керамогранит легко вписывается в любой интерьер помещения, полированный керамогранит применяется часто для облицовки фасада зданий. Легче перечислить, где не используется керамогранит. Уникальные свойства керамогранита формируются его составом и технологическим процессом и проверяются в процессе эксплуатации.

Для изготовления керамогранита, требуется следующий состав сырья:

  • Каолиновая глина тугоплавких сортов;
  • Чистый кварцевый песок;
  • Полевой шпат;
  • Натуральные красящие пигменты, как правило, окиси металлов.

Все составляющие сырья для производства керамогранитной плитки имеют природное происхождение. Технология проверки на химический состав, радионуклиды обязательно применяется к сырью керамогранита в соответствии с ГОСТом.

Правильная толщина керамогранитной плитки для пола

Находясь в любом месте, стоит просто оглянуться вокруг себя и, обязательно, взглядом натолкнешься на керамогранит. Керамогранитом выложены стены, пол, фасады, дорожки и т.д. Используют его и на мебели, вместо подоконников, столешниц. Керамогранит производится разных размеров, в том числе и толщины.

При выборе керамогранитной плитки для пола, настоятельно рекомендуется обращать внимание на толщину плитки.

От толщины выбирается схема укладки, учитывать при определении нагрузки на истираемость участка, высота, на которую есть возможность приподнять пол. Толщина керамогранитной плитки для пола варьируется от 3 мм до 30 мм и неразрывно связана с форматом плитки.

Выбирая керамогранитную плитку для отделки пола, специалисты рекомендуют обращать внимание на ее толщину

Востребованным размером выпускаемой плитки считается (мм):

  • 600х600;
  • 600х600х10;
  • 400х400х9;
  • 300х300х8;
  • 1200х300;
  • 450х450
  • 300х600.

Толстый керамогранит имеет высокое значение сопротивляемости на изгибе и большой срок службы. Чем толще плитка, тем она прочнее, тем не менее, толщину надо соотносить с необходимостью к механической нагрузке, чтобы не переплачивать за нее.

Для чего знать удельный вес керамогранита

Удельный вес керамогранита, еще один критерий, по которому можно определить качество плитки. Существует ГОСТ, которым руководствуются производители, и согласно которому удельный вес керамогранита должен быть в пределах 2400/м3. Исходя из удельного веса и произведя не сложный расчет, квадратный метр керамогранита должен весить в пределах 18,5-19 кг.

При расчете веса плитки нужно учитывать также ее плотность и пористость

На вес плитки влияет:

  • Плотность плитки;
  • Пористость плитки;
  • Процент водопоглощения.

Вес можно рассчитать путем умножения объема на его плотность. Применение значения удельного веса на практике поможет сделать вывод о качестве керамогранита.

Каково водопоглощение и плотность керамогранита

Водопоглащение напольного керамогранита регламентируется стандартами. Водопоглощение определяет способность керамогранитной плитки впитывать и удерживать в своих порах влагу. Чтобы определить процент водопоглащения, образец керамогранита подвергают манипуляциям.

Водопоглощение и плотность керамогранита должны соответствовать принятым стандартам

А именно:

  • Высушивают до состояния постоянного веса и взвешивают;
  • Помещают в горячую влажную среду;
  • Кипятят в течение 1 ч;
  • Взвешивают и находят процент изменения объема и веса.

Для керамогранита процент водопоглощения не должен превышать 0,05%. Этот коэффициент учитывается при использовании цементных растворов или клеевых основ при укладке керамогранитной плитки.

Что такое теплопроводность керамогранита

Теплопроводность керамогранита определяется его способностью передавать тепло от основания на поверхность плитки. Теплопроводность керамогранита зависит от следующих факторов – наличия пористости плитки, степени кристаллизации, состава. Теплопроводность необходимо учитывать при монтировании теплого пола или объектов на улице.

Если вы собрались устанавливать теплый пол, в таком случае необходимо учитывать теплопроводность керамогранитной плитки

Чтобы определить плотность керамогранита, необходимо для образца измерить длину, ширину, толщину, вычислить объем по формуле, взвесить, поделить массу на объем. Плотность позволяет рассчитать нагрузку на плитку. В некоторых случаях, это бывает необходимо.

Классификация керамогранитной плитки (видео)

Производители учитывают потребности покупателей и выпускают не только керамогранитную плитку, но и декоративные и отделочные дополнения в одном стиле с керамогранитной плиткой. Используя их при укладке плитки, получается законченный красивый вид. Все это делает керамогранитную плитку абсолютно универсальным материалом для облицовки объектов.

Теплопроводность строительных материалов, их плотность и теплоемкость: таблица теплопроводности материалов

ABS (АБС пластик)1030…10600.13…0.221300…2300
Аглопоритобетон и бетон на топливных (котельных) шлаках1000…18000.29…0.7840
Акрил (акриловое стекло, полиметилметакрилат, оргстекло) ГОСТ 17622—721100…12000.21—
Альфоль20…400.118…0.135—
Алюминий (ГОСТ 22233-83)2600221897
Асбест волокнистый4700.161050
Асбестоцемент1500…19001.761500
Асбестоцементный лист16000.41500
Асбозурит400…6500.14…0.19—
Асбослюда450…6200.13…0.15—
Асботекстолит Г ( ГОСТ 5-78)1500…1700—1670
Асботермит5000.116…0.14—
Асбошифер с высоким содержанием асбеста18000.17…0.35—
Асбошифер с 10-50% асбеста18000.64…0.52—
Асбоцемент войлочный1440.078—
Асфальт1100…21100.71700…2100
Асфальтобетон (ГОСТ 9128-84)21001.051680
Асфальт в полах—0.8—
Ацеталь (полиацеталь, полиформальдегид) POM14000.22—
Аэрогель (Aspen aerogels)110…2000.014…0.021700
Базальт2600…30003.5850
Бакелит12500.23—
Бальза110…1400.043…0.052—
Береза510…7700.151250
Бетон легкий с природной пемзой500…12000.15…0.44—
Бетон на гравии или щебне из природного камня24001.51840
Бетон на вулканическом шлаке800…16000.2…0.52840
Бетон на доменных гранулированных шлаках1200…18000.35…0.58840
Бетон на зольном гравии1000…14000.24…0.47840
Бетон на каменном щебне2200…25000.9…1.5—
Бетон на котельном шлаке14000.56880
Бетон на песке1800…25000.7710
Бетон на топливных шлаках1000…18000.3…0.7840
Бетон силикатный плотный18000.81880
Бетон сплошной—1.75—
Бетон термоизоляционный5000.18—
Битумоперлит300…4000.09…0.121130
Битумы нефтяные строительные и кровельные (ГОСТ 6617-76, ГОСТ 9548-74)1000…14000.17…0.271680
Блок газобетонный400…8000.15…0.3—
Блок керамический поризованный—0.2—
Бронза7500…930022…105400
Бумага700…11500.141090…1500
Бут1800…20000.73…0.98—
Вата минеральная легкая500.045920
Вата минеральная тяжелая100…1500.055920
Вата стеклянная155…2000.03800
Вата хлопковая30…1000.042…0.049—
Вата хлопчатобумажная50…800.0421700
Вата шлаковая2000.05750
Вермикулит (в виде насыпных гранул) ГОСТ 12865-67100…2000.064…0.076840
Вермикулит вспученный (ГОСТ 12865-67) — засыпка100…2000.064…0.074840
Вермикулитобетон300…8000.08…0.21840
Воздух сухой при 20°С1.2050.02591005
Войлок шерстяной150…3300.045…0.0521700
Газо- и пенобетон, газо- и пеносиликат280…10000.07…0.21840
Газо- и пенозолобетон800…12000.17…0.29840
Гетинакс13500.231400
Гипс формованный сухой1100…18000.431050
Гипсокартон500…9000.12…0.2950
Гипсоперлитовый раствор—0.14—
Гипсошлак1000…13000.26…0.36—
Глина1600…29000.7…0.9750
Глина огнеупорная18001.04800
Глиногипс800…18000.25…0.65—
Глинозем3100…39002.33700…840
Гнейс (облицовка)28003.5880
Гравий (наполнитель)18500.4…0.93850
Гравий керамзитовый (ГОСТ 9759-83) — засыпка200…8000.1…0.18840
Гравий шунгизитовый (ГОСТ 19345-83) — засыпка400…8000.11…0.16840
Гранит (облицовка)2600…30003.5880
Грунт 10% воды—1.75—
Грунт 20% воды17002.1—
Грунт песчаный—1.16900
Грунт сухой15000.4850
Грунт утрамбованный—1.05—
Гудрон950…10300.3—
Доломит плотный сухой28001.7—
Дуб вдоль волокон7000.232300
Дуб поперек волокон (ГОСТ 9462-71, ГОСТ 2695-83)7000.12300
Дюралюминий2700…2800120…170920
Железо787070…80450
Железобетон25001.7840
Железобетон набивной24001.55840
Зола древесная7800.15750
Золото19320318129
Известняк (облицовка)1400…20000.5…0.93850…920
Изделия из вспученного перлита на битумном связующем (ГОСТ 16136-80)300…4000.067…0.111680
Изделия вулканитовые350…4000.12—
Изделия диатомитовые500…6000.17…0.2—
Изделия ньювелитовые160…3700.11—
Изделия пенобетонные400…5000.19…0.22—
Изделия перлитофосфогелевые200…3000.064…0.076—
Изделия совелитовые230…4500.12…0.14—
Иней—0.47—
Ипорка (вспененная смола)150.038—
Каменноугольная пыль7300.12—
Камень керамический поризованный Braer 14,3 НФ и 10,7 НФ810…8400.14…0.185—
Камни многопустотные из легкого бетона500…12000.29…0.6—
Камни полнотелые из легкого бетона DIN 18152500…20000.32…0.99—
Камни полнотелые из природного туфа или вспученной глины500…20000.29…0.99—
Камень строительный22001.4920
Карболит черный11000.231900
Картон асбестовый изолирующий720…9000.11…0.21—
Картон гофрированный7000.06…0.071150
Картон облицовочный10000.182300
Картон парафинированный—0.075—
Картон плотный600…9000.1…0.231200
Картон пробковый1450.042—
Картон строительный многослойный (ГОСТ 4408-75)6500.132390
Картон термоизоляционный (ГОСТ 20376-74)5000.04…0.06—
Каучук вспененный820.033—
Каучук вулканизированный твердый серый—0.23—
Каучук вулканизированный мягкий серый9200.184—
Каучук натуральный9100.181400
Каучук твердый—0.16—
Каучук фторированный1800.055…0.06—
Кедр красный500…5700.095—
Кембрик лакированный—0.16—
Керамзит800…10000.16…0.2750
Керамзитовый горох900…15000.17…0.32750
Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией800…12000.23…0.41840
Керамзитобетон легкий500…12000.18…0.46—
Керамзитобетон на керамзитовом песке и керамзитопенобетон500…18000.14…0.66840
Керамзитобетон на перлитовом песке800…10000.22…0.28840
Керамика1700…23001.5—
Керамика теплая—0.12—
Кирпич доменный (огнеупорный)1000…20000.5…0.8—
Кирпич диатомовый5000.8—
Кирпич изоляционный—0.14—
Кирпич карборундовый1000…130011…18700
Кирпич красный плотный1700…21000.67840…880
Кирпич красный пористый15000.44—
Кирпич клинкерный1800…20000.8…1.6—
Кирпич кремнеземный—0.15—
Кирпич облицовочный18000.93880
Кирпич пустотелый—0.44—
Кирпич силикатный1000…22000.5…1.3750…840
Кирпич силикатный с тех. пустотами—0.7—
Кирпич силикатный щелевой—0.4—
Кирпич сплошной—0.67—
Кирпич строительный800…15000.23…0.3800
Кирпич трепельный700…13000.27710
Кирпич шлаковый1100…14000.58—
Кладка бутовая из камней средней плотности20001.35880
Кладка газосиликатная630…8200.26…0.34880
Кладка из газосиликатных теплоизоляционных плит5400.24880
Кладка из глиняного обыкновенного кирпича на цементно-перлитовом растворе16000.47880
Кладка из глиняного обыкновенного кирпича (ГОСТ 530-80) на цементно-песчаном растворе18000.56880
Кладка из глиняного обыкновенного кирпича на цементно-шлаковом растворе17000.52880
Кладка из керамического пустотного кирпича на цементно-песчаном растворе1000…14000.35…0.47880
Кладка из малоразмерного кирпича17300.8880
Кладка из пустотелых стеновых блоков1220…14600.5…0.65880
Кладка из силикатного 11-ти пустотного кирпича на цементно-песчаном растворе15000.64880
Кладка из силикатного 14-ти пустотного кирпича на цементно-песчаном растворе14000.52880
Кладка из силикатного кирпича (ГОСТ 379-79) на цементно-песчаном растворе18000.7880
Кладка из трепельного кирпича (ГОСТ 648-73) на цементно-песчаном растворе1000…12000.29…0.35880
Кладка из ячеистого кирпича13000.5880
Кладка из шлакового кирпича на цементно-песчаном растворе15000.52880
Кладка «Поротон»8000.31900
Клен620…7500.19—
Кожа800…10000.14…0.16—
Композиты технические—0.3…2—
Краска масляная (эмаль)1030…20450.18…0.4650…2000
Кремний2000…2330148714
Кремнийорганический полимер КМ-911600.21150
Латунь8100…885070…120400
Лед -60°С9242.911700
Лед -20°С9202.441950
Лед 0°С9172.212150
Линолеум поливинилхлоридный многослойный (ГОСТ 14632-79)1600…18000.33…0.381470
Линолеум поливинилхлоридный на тканевой подоснове (ГОСТ 7251-77)1400…18000.23…0.351470
Липа, (15% влажности)320…6500.15—
Лиственница6700.13—
Листы асбестоцементные плоские (ГОСТ 18124-75)1600…18000.23…0.35840
Листы вермикулитовые—0.1—
Листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка) ГОСТ 62668000.15840
Листы пробковые легкие2200.035—
Листы пробковые тяжелые2600.05—
Магнезия в форме сегментов для изоляции труб220…3000.073…0.084—
Мастика асфальтовая20000.7—
Маты, холсты базальтовые25…800.03…0.04—
Маты и полосы из стеклянного волокна прошивные (ТУ 21-23-72-75)1500.061840
Маты минераловатные прошивные (ГОСТ 21880-76) и на синтетическом связующем (ГОСТ 9573-82)50…1250.048…0.056840
МБОР-5, МБОР-5Ф, МБОР-С-5, МБОР-С2-5, МБОР-Б-5 (ТУ 5769-003-48588528-00)100…1500.045—
Мел1800…28000.8…2.2800…880
Медь (ГОСТ 859-78)8500407420
Миканит2000…22000.21…0.41250
Мипора16…200.0411420
Морозин100…4000.048…0.084—
Мрамор (облицовка)28002.9880
Накипь котельная (богатая известью, при 100°С)1000…25000.15…2.3—
Накипь котельная (богатая силикатом, при 100°С)300…12000.08…0.23—
Настил палубный6300.211100
Найлон—0.53—
Нейлон13000.17…0.241600
Неопрен—0.211700
Опилки древесные200…4000.07…0.093—
Пакля1500.052300
Панели стеновые из гипса DIN 1863600…9000.29…0.41—
Парафин870…9200.27—
Паркет дубовый18000.421100
Паркет штучный11500.23880
Паркет щитовой7000.17880
Пемза400…7000.11…0.16—
Пемзобетон800…16000.19…0.52840
Пенобетон300…12500.12…0.35840
Пеногипс300…6000.1…0.15—
Пенозолобетон800…12000.17…0.29—
Пенопласт ПС-11000.037—
Пенопласт ПС-4700.04—
Пенопласт ПХВ-1 (ТУ 6-05-1179-75) и ПВ-1 (ТУ 6-05-1158-78)65…1250.031…0.0521260
Пенопласт резопен ФРП-165…1100.041…0.043—
Пенополистирол (ГОСТ 15588-70)400.0381340
Пенополистирол (ТУ 6-05-11-78-78)100…1500.041…0.051340
Пенополистирол Пеноплэкс22…470.03…0.0361600
Пенополиуретан (ТУ В-56-70, ТУ 67-98-75, ТУ 67-87-75)40…800.029…0.0411470
Пенополиуретановые листы1500.035…0.04—
Пенополиэтилен—0.035…0.05—
Пенополиуретановые панели—0.025—
Пеносиликальцит400…12000.122…0.32—
Пеностекло легкое100..2000.045…0.07—
Пеностекло или газо-стекло (ТУ 21-БССР-86-73)200…4000.07…0.11840
Пенофол44…740.037…0.039—
Пергамент—0.071—
Пергамин (ГОСТ 2697-83)6000.171680
Перекрытие армокерамическое с бетонным заполнением без штукатурки1100…13000.7850
Перекрытие из железобетонных элементов со штукатуркой15501.2860
Перекрытие монолитное плоское железобетонное24001.55840
Перлит2000.05—
Перлит вспученный1000.06—
Перлитобетон600…12000.12…0.29840
Перлитопласт-бетон (ТУ 480-1-145-74)100…2000.035…0.0411050
Перлитофосфогелевые изделия (ГОСТ 21500-76)200…3000.064…0.0761050
Песок 0% влажности15000.33800
Песок 10% влажности—0.97—
Песок 20% влажности—1.33—
Песок для строительных работ (ГОСТ 8736-77)16000.35840
Песок речной мелкий15000.3…0.35700…840
Песок речной мелкий (влажный)16501.132090
Песчаник обожженный1900…27001.5—
Пихта450…5500.1…0.262700
Плита бумажная прессованая6000.07—
Плита пробковая80…5000.043…0.0551850
Плита огнеупорная теплоизоляционная Avantex марки Board200…5000.04—
Плитка облицовочная, кафельная20001.05—
Плитка термоизоляционная ПМТБ-2—0.04—
Плиты алебастровые—0.47750
Плиты из гипса ГОСТ 64281000…12000.23…0.35840
Плиты древесно-волокнистые и древесно-стружечные (ГОСТ 4598-74, ГОСТ 10632-77)200…10000.06…0.152300
Плиты из керзмзито-бетона400…6000.23—
Плиты из полистирол-бетона ГОСТ Р 51263-99200…3000.082—
Плиты из резольноформальдегидного пенопласта (ГОСТ 20916-75)40…1000.038…0.0471680
Плиты из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем (ГОСТ 10499-78)500.056840
Плиты из ячеистого бетона ГОСТ 5742-76350…4000.093…0.104—
Плиты камышитовые200…3000.06…0.072300
Плиты кремнезистые 0.07—
Плиты льнокостричные изоляционные2500.0542300
Плиты минераловатные на битумной связке марки 200 ГОСТ 10140-80150…2000.058—
Плиты минераловатные на синтетическом связующем марки 200 ГОСТ 9573-962250.054—
Плиты минераловатные на синтетической связке фирмы «Партек» (Финляндия)170…2300.042…0.044—
Плиты минераловатные повышенной жесткости ГОСТ 22950-952000.052840
Плиты минераловатные повышенной жесткости на органофосфатном связующем
(ТУ 21-РСФСР-3-72-76)		2000.064840
Плиты минераловатные полужесткие на крахмальном связующем125…2000.056…0.07840
Плиты минераловатные на синтетическом и битумном связующих—0.048…0.091—
Плиты мягкие, полужесткие и жесткие минераловатные на синтетическом и битумном связующих (ГОСТ 9573-82, ГОСТ 10140-80, ГОСТ 12394-66)50…3500.048…0.091840
Плиты пенопластовые на основе резольных фенолформальдегидных смол ГОСТ 20916-8780…1000.045—
Плиты пенополистирольные ГОСТ 15588-86 безпрессовые30…350.038—
Плиты пенополистирольные (экструзионные) ТУ 2244-001-47547616-00320.029—
Плиты перлито-битумные ГОСТ 16136-803000.087—
Плиты перлито-волокнистые1500.05—
Плиты перлито-фосфогелевые ГОСТ 21500-762500.076—
Плиты перлито-1 Пластбетонные ТУ 480-1-145-741500.044—
Плиты перлитоцементные—0.08—
Плиты строительный из пористого бетона500…8000.22…0.29—
Плиты термобитумные теплоизоляционные200…3000.065…0.075—
Плиты торфяные теплоизоляционные (ГОСТ 4861-74)200…3000.052…0.0642300
Плиты фибролитовые (ГОСТ 8928-81) и арболит (ГОСТ 19222-84) на портландцементе300…8000.07…0.162300
Покрытие ковровое6300.21100
Покрытие синтетическое (ПВХ)15000.23—
Пол гипсовый бесшовный7500.22800
Поливинилхлорид (ПВХ)1400…16000.15…0.2—
Поликарбонат (дифлон)12000.161100
Полипропилен (ГОСТ 26996– 86)900…9100.16…0.221930
Полистирол УПП1, ППС10250.09…0.14900
Полистиролбетон (ГОСТ 51263)150…6000.052…0.1451060
Полистиролбетон модифицированный на активированном пластифицированном шлакопортландцементе200…5000.057…0.1131060
Полистиролбетон модифицированный на композиционном малоклинкерном вяжущем в стеновых блоках и плитах200…5000.052…0.1051060
Полистиролбетон модифицированный монолитный на портландцементе250…3000.075…0.0851060
Полистиролбетон модифицированный на шлакопортландцементе в стеновых блоках и плитах200…5000.062…0.1211060
Полиуретан12000.32—
Полихлорвинил1290…16500.151130…1200
Полиэтилен высокой плотности9550.35…0.481900…2300
Полиэтилен низкой плотности9200.25…0.341700
Поролон340.04—
Портландцемент (раствор)—0.47—
Прессшпан—0.26…0.22—
Пробка гранулированная техническая450.0381800
Пробка минеральная на битумной основе270…3500.073…0.096—
Пробковое покрытие для полов5400.078—
Ракушечник1000…18000.27…0.63835
Раствор гипсовый затирочный12000.5900
Раствор гипсоперлитовый6000.14840
Раствор гипсоперлитовый поризованный400…5000.09…0.12840
Раствор известковый16500.85920
Раствор известково-песчаный1400…16000.78840
Раствор легкий LM21, LM36700…10000.21…0.36—
Раствор сложный (песок, известь, цемент)17000.52840
Раствор цементный, цементная стяжка20001.4—
Раствор цементно-песчаный1800…20000.6…1.2840
Раствор цементно-перлитовый800…10000.16…0.21840
Раствор цементно-шлаковый1200…14000.35…0.41840
Резина мягкая—0.13…0.161380
Резина твердая обыкновенная900…12000.16…0.231350…1400
Резина пористая160…5800.05…0.172050
Рубероид (ГОСТ 10923-82)6000.171680
Руда железная—2.9—
Сажа ламповая1700.07…0.12—
Сера ромбическая20850.28762
Серебро10500429235
Сланец глинистый вспученный4000.16—
Сланец2600…33000.7…4.8—
Слюда вспученная1000.07—
Слюда поперек слоев2600…32000.46…0.58880
Слюда вдоль слоев2700…32003.4880
Смола эпоксидная1260…13900.13…0.21100
Снег свежевыпавший120…2000.1…0.152090
Снег лежалый при 0°С400…5600.52100
Сосна и ель вдоль волокон5000.182300
Сосна и ель поперек волокон (ГОСТ 8486-66, ГОСТ 9463-72)5000.092300
Сосна смолистая 15% влажности600…7500.15…0.232700
Сталь стержневая арматурная (ГОСТ 10884-81)785058482
Стекло оконное (ГОСТ 111-78)25000.76840
Стекловата155…2000.03800
Стекловолокно1700…20000.04840
Стеклопластик18000.23800
Стеклотекстолит1600…19000.3…0.37—
Стружка деревянная прессованая8000.12…0.151080
Стяжка ангидритовая21001.2—
Стяжка из литого асфальта23000.9—
Текстолит1300…14000.23…0.341470…1510
Термозит300…5000.085…0.13—
Тефлон21200.26—
Ткань льняная—0.088—
Толь (ГОСТ 10999-76)6000.171680
Тополь350…5000.17—
Торфоплиты275…3500.1…0.122100
Туф (облицовка)1000…20000.21…0.76750…880
Туфобетон1200…18000.29…0.64840
Уголь древесный кусковой (при 80°С)1900.074—
Уголь каменный газовый14203.6—
Уголь каменный обыкновенный1200…13500.24…0.27—
Фарфор2300…25000.25…1.6750…950
Фанера клееная (ГОСТ 3916-69)6000.12…0.182300…2500
Фибра красная12900.46—
Фибролит (серый)11000.221670
Целлофан—0.1—
Целлулоид14000.21—
Цементные плиты—1.92—
Черепица бетонная21001.1—
Черепица глиняная19000.85—
Черепица из ПВХ асбеста20000.85—
Чугун722040…60500
Шевелин140…1900.056…0.07—
Шелк1000.038…0.05—
Шлак гранулированный5000.15750
Шлак доменный гранулированный600…8000.13…0.17—
Шлак котельный10000.29700…750
Шлакобетон1120…15000.6…0.7800
Шлакопемзобетон (термозитобетон)1000…18000.23…0.52840
Шлакопемзопено- и шлакопемзогазобетон800…16000.17…0.47840
Штукатурка гипсовая8000.3840
Штукатурка известковая16000.7950
Штукатурка из синтетической смолы11000.7—
Штукатурка известковая с каменной пылью17000.87920
Штукатурка из полистирольного раствора3000.11200
Штукатурка перлитовая350…8000.13…0.91130
Штукатурка сухая—0.21—
Штукатурка утепляющая5000.2—
Штукатурка фасадная с полимерными добавками18001880
Штукатурка цементная—0.9—
Штукатурка цементно-песчаная18001.2—
Шунгизитобетон1000…14000.27…0.49840
Щебень и песок из перлита вспученного (ГОСТ 10832-83) — засыпка200…6000.064…0.11840
Щебень из доменного шлака (ГОСТ 5578-76), шлаковой пемзы (ГОСТ 9760-75) и аглопорита (ГОСТ 11991-83) — засыпка400…8000.12…0.18840
Эбонит12000.16…0.171430
Эбонит вспученный6400.032—
Эковата35…600.032…0.0412300
Энсонит (прессованный картон)400…5000.1…0.11—
Эмаль (кремнийорганическая)—0.16…0.27—

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 стоимость пластмасс, 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, документах 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» в предыдущем выпуске.)

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 большой разброс значений

Таким образом, опубликованные значения теплопроводности керамики идеально подходят для сопоставления 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.

Теплопроводность — выбранные материалы и газы

Теплопроводность — это свойство материала, которое описывает способность проводить тепло. Теплопроводность может быть определена как

«количество тепла, передаваемого через единицу толщины материала в направлении, нормальном к поверхности единицы площади, за счет градиента единичной температуры в условиях устойчивого состояния»

Теплопроводность единицами являются [Вт / (м · К)] в системе СИ и [БТЕ / (час фут ° F)] в британской системе мер.

См. Также изменения теплопроводности в зависимости от температуры и давления , для: воздуха, аммиака, двуокиси углерода и воды

Теплопроводность для обычных материалов и продуктов:

Теплопроводность
— k —
Вт / (м · К)
Материал / вещество Температура
25 o C
(77 o F) 		125 C580 o
(257 o F) 167 9010 900 (газ) 9016 900 Фтор (газ) Стекло, Жемчуг 900 900 90 Молибден пена021 0,606
225 o C
(437 o F)
Ацетали 0.23
Ацетон 0,16
Ацетилен (газ) 0,018
Акрил 0,2
Воздух, атмосфера 0,02 0,0333 0,0398
Воздух, высота 10000 м 0,020
Агат 10,9
Спирт 0.17
Глинозем 36 26
Алюминий
Алюминий Латунь 121
Оксид алюминия
30 Аммиак 30 (газ) 0,0249 0,0369 0,0528
Сурьма 18,5
Яблоко (85.6% влаги) 0,39
Аргон (газ) 0,016
Асбестоцементная плита 1) 0,744
Асбестоцементные листы 1) 0,166
Асбестоцемент 1) 2,07
Асбест в рыхлой упаковке 1) 0.15
Асбестовая плита 1) 0,14
Асфальт 0,75
Древесина бальзы 0,048
Слои битума / войлока 0,5
Говядина постная (влажность 78,9%) 0.43 — 0,48
Бензол 0,16
Бериллий
Висмут 8,1
Битум 0,17 0,02
Шкала котла 1,2 — 3,5
Бор 25
Латунь
Бриз 0.10 — 0,20
Кирпич плотный 1,31
Кирпич огневой 0,47
Кирпич изоляционный 0,15
Кирпичная кладка обыкновенная ) 0,6 -1,0
Кирпичная кладка плотная 1,6
Бром (газ) 0,004
Бронза
Коричневая железная руда 0.58
Сливочное масло (содержание влаги 15%) 0,20
Кадмий
Силикат кальция 0,05
Углерод5
Двуокись углерода (газ) 0,0146
Окись углерода 0,0232
Чугун
Целлюлоза, хлопок, древесная масса и регенерированная 0.23

Ацетат целлюлозы, формованный, лист

 0,17 — 0,33
Нитрат целлюлозы, целлулоид 0,12 — 0,21
Цемент, Портленд
Цемент, строительный раствор 1,73
Керамические материалы
Мел 0.09
Древесный уголь 0,084
Полиэфир хлорированный 0,13
Хлор (газ) 0,0081
Хром Никель 16,3
Хром
Оксид хрома 0,42
Глина, от сухой до влажной 0.15 — 1,8
Глина насыщенная 0,6 — 2,5
Уголь 0,2
Кобальт
Треска (влажность 83% содержание) 0,54
Кокс 0,184
Бетон, легкий 0,1 — 0,3
Бетон, средний 0.4 — 0,7
Бетон, плотный 1,0 — 1,8
Бетон, камень 1,7
Константан 23,3
Медь
Кориан (керамический наполнитель) 1,06
Пробковая плита 0,043
Пробка повторно гранулированная 0.044
Пробка 0,07
Хлопок 0,04
Вата 0,029
Углеродистая сталь 900 Изоляция 0,029
Мельхиор 30% 30
Алмаз 1000
Диатомовая земля (Sil-o-cel) 0.06
Диатомит 0,12
Дуралий
Земля, сухая 1,5
Эбонит
11,6
Моторное масло 0,15
Этан (газ) 0.018
Эфир 0,14
Этилен (газ) 0,017
Эпоксидная смола 0,35
Этиленгликоль4
Перья 0,034
Войлок 0,04
Стекловолокно 0.04
Волокнистая изоляционная плита 0,048
Древесноволокнистая плита 0,2
Огнеупорный кирпич 500 o C 1,4
0,0254
Пеностекло 0,045
Дихлордифторметан R-12 (газ) 0.007
Дихлордифторметан R-12 (жидкость) 0,09
Бензин 0,15
Стекло 1,05
0,18
Стекло, жемчуг, насыщенный 0,76
Стекло, окно 0.96
Стекло-вата Изоляция 0,04
Глицерин 0,28
Золото
Гранит4 1,7 — 4,0
Графит 168
Гравий 0,7
Земля или почва, очень влажная зона 1.4
Земля или почва, влажная зона 1,0
Земля или почва, сухая зона 0,5
Земля или почва, очень засушливая зона 0,33
Гипсокартон 0,17
Волос 0,05
ДВП высокой плотности 0.15
Твердая древесина (дуб, клен …) 0,16
Hastelloy C 12
Гелий (газ) 0,142
Мед ( 12,6% влажности) 0,5
Соляная кислота (газ) 0,013
Водород (газ) 0,168
Сероводород (газ) 0.013
Лед (0 o C, 32 o F) 2,18
Инконель 15
Слиток чугуна 47-586
Изоляционные материалы 0,035 — 0,16
Йод 0,44
Иридий 147
Железо
Оксид железа .58
Капок-изоляция 0,034
Керосин 0,15
Криптон (газ) 0,0088
Свинец
Свинец , сухой 0,14
Известняк 1,26 — 1,33
Литий
Магнезиальная изоляция (85%) 0.07
Магнезит 4,15
Магний
Магниевый сплав 70-145
Мрамор 2,0164 2,016 — 2,94
Ртуть, жидкость
Метан (газ) 0,030
Метанол 0.21
Слюда 0,71
Молоко 0,53
Изоляционные материалы из минеральной ваты, шерстяные одеяла .. 0,04
Монель
Неон (газ) 0,046
Неопрен 0.05
Никель
Оксид азота (газ) 0,0238
Азот (газ) 0,024
Закись азота (газ)
Нейлон 6, Нейлон 6/6 0,25
Масло, машинное смазывание SAE 50 0,15
Оливковое масло 0.17
Кислород (газ) 0,024
Палладий 70,9
Бумага 0,05
Парафиновый воск
Торф 0,08
Перлит, атмосферное давление 0,031
Перлит, вакуум 0.00137
Фенольные литые смолы 0,15
Формовочные смеси фенол-формальдегид 0,13 — 0,25
Фосфорбронза 9016 159
Пек 0,13
Карьерный уголь 0.24
Штукатурка светлая 0,2
Штукатурка, металлическая планка 0,47
Гипс песочная 0,71
Гипс деревянная планка
Пластилин 0,65 — 0,8
Пластмассы вспененные (изоляционные материалы) 0.03
Платина
Плутоний
Фанера 0,13
Поликарбонат 0,19
Полиэтилен низкой плотности, PEL 0,33
Полиэтилен высокой плотности, PEH 0.42 — 0,51
Полиизопреновый каучук 0,13
Полиизопреновый каучук 0,16
Полиметилметакрилат 0,17 — 0,25 Полипропилен 0,1 — 0,22
Полистирол вспененный 0,03
Полистирол 0.043
Пенополиуретан 0,03
Фарфор 1,5
Калий 1
Картофель, сырая мякоть Пропан (газ) 0,015
Политетрафторэтилен (ПТФЭ) 0,25
Поливинилхлорид, ПВХ 0.19
Стекло Pyrex 1,005
Кварц минеральный 3
Радон (газ) 0,0033
Красный металл
Рений
Родий
Порода, твердая 2-7
Порода вулканическая (туф) 0.5 — 2,5
Изоляция из каменной ваты 0,045
Канифоль 0,32
Резина, ячеистая 0,045
Резина натуральная 0,13
Рубидий
Лосось (влажность 73%) 0,50
Песок сухой 0.15 — 0,25
Песок влажный 0,25 — 2
Песок насыщенный 2 — 4
Песчаник 1,7
Опилки 0,08
Селен
Овечья шерсть 0,039
Аэрогель кремнезема 0.02
Кремниевая литая смола 0,15 — 0,32
Карбид кремния 120
Кремниевое масло 0,1
Шлаковата 0,042
Сланец 2,01
Снег (температура <0 o C) 0.05 — 0,25
Натрий
Хвойные породы (ель, сосна ..) 0,12
Почва, глина 1,1
Почва, с органическими вещество 0,15 — 2
Грунт, насыщенный 0,6 — 4

Припой 50-50

 50

Сажа

 0.07

Пар, насыщенный

 0,0184
Пар низкого давления 0,0188
Стеатит 2
Сталь, углеродистая
Сталь, нержавеющая
Изоляция из соломенных плит, сжатая 0,09
Пенополистирол 0.033
Двуокись серы (газ) 0,0086
Сера кристаллическая 0,2
Сахар 0,087 — 0,22
Тантал
Гудрон 0,19
Теллур 4,9
Торий
Древесина, ольха 0.17
Лес, ясень 0,16
Лес, береза ​​ 0,14
Лес, лиственница 0,12
Древесина, клен
Древесина дубовая 0,17
Древесина смоляная 0,14
Древесина осина 0.19
Древесина, бук красный 0,14
Древесина, сосна красная 0,15
Древесина, сосна белая 0,15
Древесина ореха 0,15
Олово
Титан
Вольфрам
Уран
Вакуум 0
Гранулы вермикулита 0,065
Сложный виниловый эфир 0,25
Вода, пар (пар) 0,0267 0,0359
Пшеничная мука 0.45
Белый металл 35-70
Древесина поперек волокон, сосна белая 0,12
Древесина поперек волокон, бальза 0,055
Древесина поперек волокон, сосна желтая, древесина 0,147
Древесина дуба 0,17
Шерсть, войлок 0.07
Древесная вата, плита 0,1 — 0,15
Ксенон (газ) 0,0051
Цинк
2 Асбест 1) плохо для здоровья человека, когда крошечные абразивные волокна попадают в легкие, где они могут повредить легочную ткань. Это, по-видимому, усугубляется курением сигарет, в результате чего возникают мезотелиома и рак легких.

Пример — Проводящая теплопередача через алюминиевый горшок по сравнению с горшком из нержавеющей стали

Кондуктивная теплопередача через стенку горшка может быть рассчитана как

q = (k / s) A dT (1)

или, альтернативно,

q / A = (к / с) dT

где

q = теплопередача (Вт, БТЕ / ч)

A = площадь поверхности (м 2 , фут 2 )

q / A = теплопередача на единицу площади (Вт / м 2 , Btu / (h ft 2 ))

k = теплопроводность ( Вт / мК, БТЕ / (ч фут ° F) )

dT = t 1 — t 2 = разница температур ( o C, o F)

с = толщина стены (м, фут)
9000 3

Калькулятор теплопроводности

k = теплопроводность (Вт / мК, БТЕ / (час фут ° F) )

s = толщина стенки (м, фут)

A = площадь поверхности (м 2 , фут 2 )

dT = t 1 — t 2 = разница температур ( o C, o F)

Примечание! — общая теплопередача через поверхность определяется «общим коэффициентом теплопередачи », который в дополнение к кондуктивной теплопередаче зависит от

Кондуктивная теплопередача через алюминиевую стенку емкости толщиной 2 мм — разность температур 80
o C

Теплопроводность алюминия составляет 215 Вт / (м · К) (из таблицы выше).Кондуктивная теплопередача на единицу площади может быть рассчитана как

q / A = [(215 Вт / (м · K)) / (2 10 -3 м)] (80 o C)

= 8600000 (Вт / м 2 )

= 8600 (кВт / м 2 )

Кондуктивная теплопередача через стенку емкости из нержавеющей стали толщиной 2 мм — разница температур 80
o C

Теплопроводность нержавеющей стали 17 Вт / (м · К) (из таблицы выше).Кондуктивная теплопередача на единицу площади может быть рассчитана как

q / A = [(17 Вт / (м · K)) / (2 10 -3 м) ] (80 o C)

= 680000 (Вт / м 2 )

= 680 (кВт / м 2 )

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 в результате 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 тепловых характеристик, в том числе для высокотемпературных и высокотемпературных прецизионных применений, за счет управления собственными свойствами и структурой материала. 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)

Коэффициент теплового расширения определяет, насколько материал расширяется 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.

Устойчивость к тепловому удару ( ° C)

Устойчивость к тепловому удару измеряет способность противостоять резким и резким перепадам температуры. 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.

Сохраняйте теплые напитки теплыми — подход к тепловым свойствам

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 вокруг кружки, то есть в ладонь. 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 свою новую любимую кружку, вспомните, как теплопроводность и теплоемкость могут повлиять на теплоту вашего напитка, и выбирайте с умом!

Теплопроводность — обзор

3.2.4 Теплопроводность эпоксидных смол

Теплопроводность — это способность материала проводить тепло, и она представляет собой количество тепловой энергии, протекающей в единицу времени через единицу площади с температурным градиентом 1 ° на единицу расстояния. Теплопроводность — необходимая характеристика для рассеивания образовавшейся тепловой энергии в системе. До сих пор сообщалось о различных исследованиях, направленных на повышение теплопроводности эпоксидных смол, и среди них исследования, основанные на микро- и наноматериалах, вызвали больший исследовательский интерес.Ganguli et al. [66] разработали химически функционализированные композиты из вспученного графита / эпоксидной смолы с конечной целью повышения теплопроводности. Композиты, состоящие из 20 мас.% Функционализированного графита, показали значительно улучшенную теплопроводность — 5,8 Вт / м К по сравнению с 0,2 Вт / м К чистой эпоксидной смолы, то есть примерно 28-кратное улучшение теплопроводности [66]. Veca et al. [67] также получили более высокую теплопроводность эпоксидной смолы за счет использования углеродных нанолистов, полученных из расширенного графита.

Yung et al. [68] достигли увеличения теплопроводности примерно на 217% для композита эпоксид / нитрид бора. Это было выполнено с помощью обработки поверхности силаном нитрида бора и смешивания многомодального размера частиц при синтезе композита [68]. Хуанг и др. [69] сообщили о существовании очень высокой теплопроводности эпоксидного композита на основе нанотрубок, функционализированного полиэдрическим олигосилсесквиоксаном (ПОСС). Улучшение теплопроводности примерно на 1360% было получено при введении 30 мас.% Функционализированного POSS нитрида бора [69].

Исследование Xu et al. [70] сообщили о более высокой теплопроводности эпоксидных композитов, содержащих нитрид бора (BN) и нитрид алюминия (AlN) с обработанной поверхностью, из-за пониженного сопротивления термического контакта между эпоксидной смолой и частицами из-за повышенного межфазного взаимодействия между ними. Было обнаружено, что обработка поверхности частиц с использованием силана более осуществима, чем обработка ацетоном и кислотой. Эпоксидные композиты с 57 об.% BN, обработанного силаном, показали теплопроводность 10.3 Вт / м К. Кроме того, добавление 60 об.% Обработанного силаном AlN привело к теплопроводности 11,0 Вт / м · К [70].

С точки зрения увеличения теплопроводности эпоксидной смолы, Teng et al. [71] использовали нековалентно функционализированные нанолисты графена, полученные путем π-π-стэкинга молекул пирена, сопровождаемого функциональной сегментированной полимерной цепью. Полученный эпоксидный композит имел превосходную теплопроводность за счет увеличенной площади поверхности в результате улучшенной дисперсии графена и взаимодействий графен-эпоксид.Композиты с 4 phr нанолистов нековалентно функционализированного графена показали примерно на 20% и 267% большую теплопроводность, чем соответствующие эпоксидные композиты на основе чистого графена и исходных MWCNTs [71]. В другом исследовании Song et al. [72] также разработали нековалентно функционализированный графен путем обработки 1-пиреномасляной кислотой, а затем использовали его для получения нанокомпозита эпоксид / графен. Полученный нанокомпозит показал отличную теплопроводность около 1,53 Вт / м · К [72]. Чаттерджи и др.[73] использовали расширенные нанопластинки графена, функционализированные амином, для обогащения теплопроводности эпоксидной смолы, и в результате было получено увеличение теплопроводности примерно на 36% для 2 мас.% Графена [73].

Moisala et al. [74] исследовали влияние ОСУНТ и МУНТ на теплопроводность эпоксидной смолы. Присутствие MWCNT действительно увеличивало теплопроводность эпоксидной смолы, но не в ожидаемом диапазоне. В то же время нанокомпозит эпоксид / ОСУНТ даже неожиданно показал более низкую теплопроводность, чем чистый эпоксид [74].Для получения положительного эффекта и полной эффективности ОУНТ Bryning et al. [75] изготовили нанокомпозиты эпоксид / ОУНТ с использованием ОУНТ, обработанных поверхностно-активными веществами и ДМФА. В результате обработанные композиты на основе ОСУНТ показали повышенную теплопроводность, а композит с обработанным поверхностно-активным веществом композитом содержал больше ОСУНТ и приводил к большему увеличению примерно на 65% для 0,1 об. Доли ОСУНТ [75]. Исследование Biercuk et al. [76] сообщили об увеличении теплопроводности примерно на 125% при комнатной температуре с добавлением 1 мас.% Неочищенных ОУНТ.В другом исследовании Yu et al. [77] сообщили о повышенной теплопроводности эпоксидной смолы за счет включения гибридного наполнителя из ОСУНТ и графитовых нанопластинок из-за снижения сопротивления интерфейса, вызванного дополнительной организованной перколяционной сеткой [77]. Исследование Du et al. [78] достигли примерно 220% улучшения теплопроводности за счет использования отдельно стоящих ОСУНТ в эпоксидной смоле. Эти отдельно стоящие ОУНТ обладали пониженным термическим сопротивлением поверхности раздела в эпоксидной матрице. Эти материалы были приготовлены из композита SWCNT / PMMA с 1 мас.% Путем удаления содержания PMMA с помощью газификации с последующей пропиткой эпоксидной смолой [78].

Чтобы расширить вклад теплопроводности МУНТ в эпоксидные смолы, Ян и др. [79] практиковали синтез эпоксидного композита с использованием привитых бензолэтрикарбоновой кислотой MWCNTs (BTC-MWCNTs), полученных после модификации Фриделя-Крафтса. Отмечена более высокая растворимость и совместимость BTC-MWCNT в эпоксидной матрице по сравнению с чистыми MWCNT. Композиты, содержащие 5 об.% BTC-MWCNT, показали выдающуюся теплопроводность 0,96 Вт / м · К, то есть улучшение примерно на 684% по сравнению с чистой эпоксидной смолой, и это показано на рис.3.3 [79]. Другое исследование Cui et al. [80] разработали МУНТ с диоксидом кремния, используя золь-гель метод, а затем внедрили в эпоксидную матрицу для улучшения ее теплопроводности. Наблюдалось увеличение теплопроводности примерно на 51% для нанокомпозитной системы с 0,5 мас.% МУНТ, покрытых диоксидом кремния, а также примерно на 67% для 1 мас.% МУНТ, покрытых диоксидом кремния [80].

Рис. 3.3. Теплопроводность композитов эпоксидная смола / MWCNT. (A) Теоретическая модель Нана и композиты с различным содержанием (B) первичных MWCNT, (C) обработанных кислотой MWCNT и (D) BTC-MWCNTs [79].

В другом исследовании Zhou et al. [81] использовали синергетический эффект MWCNT и микрокарбида кремния (SiC) в качестве гибридного наполнителя для улучшения теплопроводности эпоксидной смолы. Гибридный наполнитель, состоящий из 5 мас.% MWCNT и 55 мас.% Micro-SiC, дает примерно в 23 раза большую теплопроводность, чем у чистой эпоксидной смолы [81]. В другом исследовании Yang et al. [82] получили более высокую теплопроводность эпоксидной смолы за счет использования гибридного наполнителя, состоящего из МУНТ с привитыми триэтилентетрамином и нано-SiC, функционализированного силаном [82].Im et al. [83] также наблюдали улучшенную теплопроводность эпоксидной смолы за счет использования гибридного наполнителя из оксида графена и МУНТ.

Shimazaki et al. [84] приготовили прозрачный нанокомпозит наноцеллюлоза / эпоксид, содержащий 58 мас.% Наноцеллюлозы с превосходной теплопроводностью> 1 Вт / м К. Это произошло из-за высококристаллической природы наноцеллюлозы, которая действовала как эффективные фононные пути в нанокомпозитах [84] ]. Повышенная теплопроводность некоторых выбранных эпоксидных композитов сведена в Таблицу 3.2.

Таблица 3.2. Сравнение теплопроводности некоторых выбранных эпоксидных композитов

Авторы Использованный наполнитель Количество наполнителя Достижения в теплопроводности
Ganguli et al. [66] Химически функционализированный расслоенный графит 20 мас.% Пример 5,8 Вт / м · К, в 28 раз выше
Huang et al. [69] Функционализированные полиэдрическими олигосилсесквиоксаном (POSS) нанотрубки нитрида бора (BN) 30 мас.% 1360% увеличение
Xu et al.[70] Обработанный силаном BN 57 об.% Образец 10,3 Вт / м K
Нитрид алюминия, обработанный силаном (AlN) 60 об.% Образец 11,0 Вт / м K
Teng et al. [71] Обработанные пиреном нековалентно функционализированные нанолисты графена 4 phr На 20% больше, чем у композита на основе чистого графена и на 267% больше, чем у композита на основе нетронутых МУНТ
Song et al.[72] Обработанный 1-пиренмасляной кислотой нековалентно функционализированный графен 10% Образец 1,53 Вт / м K
Chatterjee et al. [73] Расширенные нанопластинки графена, функционализированные амином 2 мас.% Увеличение на 36%
Bryning et al. [75] ОУНТ, обработанные поверхностно-активными веществами 0,1 об. Фракции Увеличение на 65%
Biercuk et al. [76] Неочищенные ОСУНТ 1 мас.% Увеличение на 125%
Du et al.[78] Отдельно стоящие ОСУНТ Приготовлены из 1 мас.% ОСУНТ / композита ПММА Увеличение 220%
Yang et al. [79] Многослойные углеродные нанотрубки с привитыми бензолэтрикарбоновой кислотой (BTC-MWCNT) 5 об.% Пример 0,96 Вт / м · К, увеличение на 684%
Cui et al. [80] MWCNTs, покрытые диоксидом кремния 1 мас.% 67% увеличение
Zhou et al. [81] Гибридный наполнитель из MWCNT и микрокарбида кремния (SiC) 5 мас.% MWCNT + 55 мас.% Micro-SiC в 23 раза выше
Shimazaki et al.[84] Наноцеллюлоза 58 мас.% Экспонаты более 1 Вт / м K

Научные принципы

Научные принципы

Введение:

Керамика обладает характеристиками, позволяющими использовать ее в широкий спектр применений, в том числе:

  • высокая теплоемкость и низкая теплоемкость проводимость
  • коррозионная стойкость
  • электрически изолирующие, полупроводниковые или сверхпроводящие
  • немагнитные и магнитные
  • твердый и прочный, но хрупкий

Разнообразие их свойств проистекает из их склеивания и кристаллические структуры.

Атомная связь:

В керамических материалах встречаются два типа механизмов связывания: ионный и ковалентный. Часто эти механизмы сосуществуют из того же керамического материала. Каждый тип связи приводит к разным характеристики.

Ионные связи чаще всего возникают между металлическими и неметаллическими элементами. элементы, которые имеют большие различия в своей электроотрицательности. Ионно-связанный конструкции, как правило, имеют довольно высокие точки плавления, так как связи прочные и ненаправленные.

Другим важным механизмом соединения в керамических структурах является Ковалентная связь. В отличие от ионных связей, по которым переносятся электроны, ковалентно связанные атомы разделяют электроны. Обычно элементы вовлечены неметаллические и имеют небольшую электроотрицательность различия.

Многие керамические материалы содержат как ионные, так и ковалентные связи. Общие свойства этих материалов зависят от доминирующего склеивающий механизм. Соединения, которые являются либо в основном ионными, либо в основном ковалентные имеют более высокие температуры плавления, чем соединения, в которых ни один из видов связи не преобладает.

Таблица 1: Сравнение% ковалентного и ионного характера с несколькими температурами плавления керамического компаунда. 930% 51%
Керамическое соединение Точка плавления% Ковалентный характер% Ионный символ
Оксид магния 2798 27% 73%
Оксид алюминия 2050 37% 63%
Диоксид кремния 1528 9113
Нитрид кремния 1900 70% 30%
Карбид кремния 2500 89% 11%

Классификация:

Керамические материалы можно разделить на два класса: кристаллические и аморфные (некристаллические).В кристаллическом материалы, точка решетки занята либо атомами, либо ионами в зависимости от механизма связывания. Эти атомы (или ионы) расположены в регулярно повторяющемся узоре в трех измерений (т.е. имеют дальний порядок). В отличие, в аморфных материалах атомы обладают только ближним порядком. Некоторые керамические материалы, такие как диоксид кремния (SiO 2 ), могут существуют в любой форме. Кристаллическая форма SiO 2 результаты когда этот материал медленно охлаждается от температуры (T> T MP @ 1723 ° C).Способствует быстрому охлаждению некристаллическое образование, так как время не отводится на заказ договоренности сформировать.

 Диоксид кремния кристаллический Аморфный диоксид кремния
(обычный узор) (случайный узор)
Рисунок 1 : Сравнение физического строения обоих кристаллический и аморфный диоксид кремния

Тип связи (ионная или ковалентная) и внутренняя структура (кристаллическая или аморфная) влияет на свойства керамические материалы.Механические, электрические, тепловые и оптические Свойства керамики будут рассмотрены в следующих разделах.

Тепловые свойства:

Важнейшие термические свойства керамических материалов: теплоемкость, тепловое расширение коэффициент и теплопроводность. Многие приложения керамика, например, ее использование в качестве изоляционных материалов, относится к эти свойства.

Тепловая энергия может храниться или передаваться твердым телом.Способность материала поглощать тепло из окружающей среды составляет его теплоемкость. В твердых материалах при T> 0 K атомы постоянно вибрирует. На колебания атомов также влияют колебания соседних атомы через связь. Следовательно, колебания могут передаваться через твердое тело. Чем выше температура, тем выше частота вибрации и тем короче длина волны связанной с ней упругой деформации.

Потенциальная энергия между двумя связанными атомами может быть схематично представлено схемой:

Рисунок 2: График, изображающий потенциальную энергию между двумя связанными атомы

Расстояние, на котором минимальная энергия (потенциальная яма) представляет собой то, что обычно называют длиной связи.Хороший аналогия — сфера, прикрепленная к пружине, с равновесием положение пружины, соответствующее атому на длине связи (потенциальная яма). Когда пружина сжимается или растягивается из положения равновесия, сила, тянущая его обратно к положение равновесия прямо пропорционально смещению (Закон Гука). После смещения частота колебаний равна наибольшая, когда есть большая жесткость пружины и шар малой массы. Керамика обычно имеет прочные связи и легкие атомы.Таким образом, они могут иметь высокочастотные колебания атомов с малыми возмущения в кристаллической решетке. В результате они обычно имеют как высокую теплоемкость, так и высокую температуру плавления температуры.

С повышением температуры амплитуда колебаний связей увеличивается. Асимметрия кривой показывает, что межатомная расстояние также увеличивается с температурой, и это наблюдается как термическое расширение. По сравнению с другими материалами керамика с сильные связи имеют глубокие и узкие кривые потенциальной энергии и, соответственно, малые коэффициенты теплового расширения.

Проведение тепла через твердое тело связано с передачей тепла энергия между колеблющимися атомами. Продолжая аналогию, рассмотрим каждая сфера (атом) должна быть связана со своими соседями сетью из пружины (связки). Вибрация каждого атома влияет на движение соседних атомов, и в результате возникают упругие волны, которые распространяются через твердое тело. При низких температурах (примерно до 400), энергия проходит через материал преимущественно через фононы, упругие волны, которые проходят через скорость звука.Фононы — это результат колебаний частиц, которые увеличение частоты и амплитуды при повышении температуры. Фононы путешествуют через материал, пока не рассеиваются, либо за счет фонон-фононного взаимодействия *, либо на дефектах решетки. Фононная проводимость обычно уменьшается с повышением температуры в кристаллическом материалов по мере увеличения количества рассеяния. Аморфная керамика которые не имеют упорядоченной решетки, испытывают еще большее рассеяние, и поэтому плохие проводники.Те керамические материалы, которые состоит из частиц одинакового размера и массы с простыми структуры (такие как алмаз или BeO) подвергаются наименьшему количеству рассеивают и поэтому обладают наибольшей проводимостью.

При более высоких температурах фотон проводимость (излучение) становится преобладающим механизмом передача энергии. Это быстрая последовательность поглощения и испускания фотонов, которые путешествовать со скоростью света. Этот режим проведения особенно важно в стекле, прозрачный кристаллическая керамика и пористая керамика.В этих материалах теплопроводность увеличивается с повышением температуры.

Хотя на теплопроводность влияют неисправности или дефекты кристаллической структуры, изолирующие свойства керамика существенно зависит от микроскопических дефектов. В передача любого типа волны (фононной или фотонной) прерывается границами зерен и поры, поэтому более пористые материалы являются лучшими изоляторами. Использование керамических изоляционных материалов для печей и промышленных печи — одно из применений изоляционных свойств керамические материалы.

Электронный механизм переноса тепла относительно не имеет значения в керамике, потому что заряд локализован. Этот механизм очень важно, однако, для металлов, которые имеют большое количество свободные (делокализованные) электроны.

* Фонон-фононные взаимодействия — еще одно следствие асимметрия потенциала взаимодействия между атомами. Когда разные фононы перекрываются в месте расположения конкретного атома, колебательные амплитуды накладываются друг на друга.В асимметричном потенциале ну, кривизна меняется в зависимости от смещения. Этот означает, что жесткость пружины, с помощью которой удерживается атом, также изменения. Следовательно, атом имеет тенденцию колебаться с другая частота, что дает другой фонон.

Таблица 2 : Сравнение термических свойств различных керамические материалы. 930 930 930 930 930 740
Материал Плавка Температура () Теплоемкость
(Дж / кг · К)		 Коэффициент линейного расширения
1 / Cx10 -6 		Теплопроводность
(Вт / м K)
Алюминий металлический 660 900 23.6 247
Медь металлическая 1063 386 16,5 398
Глинозем 2050 775 8,8 силикагель 9308 8,8 0,5 2,0
Натриевое стекло 700 840 9,0 1,7
Полиэтилен 120 2100
0 90.38
Полистирол 65-75 1360 50-85 0,13

Одно из самых интересных высокотемпературных приложений керамические материалы — их использование на космическом шаттле. Почти весь экстерьер шаттла покрыт керамической плиткой. из волокон аморфного кремнезема высокой чистоты. Те, кто подвергается при самых высоких температурах добавлен слой стекла с высоким коэффициентом излучения. Эта плитка выдерживает температуру до 1480 C в течение ограниченное количество времени.Некоторые из испытанных высоких температур шаттлом во время входа и подъема показаны на рисунке 3.

Рисунок 3: Схема подъема и спуска космического челнока. температуры

Температура плавления алюминия 660 C. Плитка сохраняет температура алюминиевого корпуса шаттла не ниже 175 C, а внешняя температура может превышать 1400 C. Плитка быстро остывает, поэтому после воздействия такой высокой температуры они достаточно прохладные, чтобы их можно было держать голыми руками в около 10 секунд.Удивительно, но толщина этих керамических плитки варьируются от 0,5 до 3,5 дюймов.

Рисунок 4: График внутренней температуры плитки по сравнению с плиткой толщина.

Челнок также использует керамические аппликации в тканях для зазоров. наполнители и термобарьеры, армированные углерод-углеродные композиты для носового обтекателя и передней кромки крыла, а также высокотемпературные стеклянные окна.

Оптические свойства:

Оптическое свойство описывает то, как материал реагирует на воздействие света.Видимый свет — это форма электромагнитного излучение с длинами волн от 400 до 700 нм соответствует диапазону энергий от 3,1 до 1,8 электрон-вольт (эВ) (от E = hc /, где c = 3 x 10i 17 нм / с и h = 4,13 · 10 -15 эВ · с).

Когда свет падает на объект, он может пропускаться, поглощаться или размышлял. Материалы различаются по способности пропускать свет и обычно описываются как прозрачные, полупрозрачные или непрозрачные.Прозрачные материалы, такие как стекло пропускает свет с небольшим поглощением или отражением. Материалы, пропускающие свет диффузно, например, матовое стекло, полупрозрачны. Непрозрачные материалы не пропускают свет.

Два важных механизма взаимодействия света с частицы в твердом теле — это электронные поляризации и переходы электронов между различными энергетическими состояниями. Искажение электронное облако атома электрическим поле, в данном случае электрическое поле света, равно описывается как поляризация.В результате поляризации некоторые энергия может быть поглощена, т.е. преобразована в упругие деформации (фононы) и, следовательно, тепло. С другой стороны, поляризация может распространяться как связанная с материалом электромагнитная волна со скоростью, отличной от скорости света. Когда свет поглощается и переизлучаемый с поверхности на той же длине волны, он называется отражение. Например, металлы обладают высокой отражающей способностью, а те с серебристым внешним видом отражают весь видимый свет.Уровни энергии электронов квантуются, т. Е. Каждый электрон переход между уровнями требует определенного количества энергия. Поглощение энергии приводит к смещению электронов из основного состояния в высшее, возбужденное состояние. Электроны затем вернуться в основное состояние, сопровождаемое повторной эмиссией электромагнитного излучения.

В неметаллах нижние энергетические связывающие орбитали составляют то, что называется валентной зоной, а разрыхляющие орбитали с более высокой энергией образуют зону проводимости.В разделение между двумя зонами — это ширина запрещенной зоны, и обычно она велика. для неметаллов, меньшего размера для полупроводников и отсутствующего в металлах.

Диапазон энергий для видимого света составляет от 1,8 до 3,1 эВ. Материалы с запрещенной зоной в этом диапазоне будут поглощать эти соответствующие цвета (энергии) и передать другим. Они будут прозрачными и цветными. Для Например, ширина запрещенной зоны фотоэлементов из сульфида кадмия составляет около 2.4 эВ, поэтому он поглощает компоненты видимого света с более высокой энергией (синий и фиолетовый). Оно имеет желто-оранжевый цвет в результате переданных участков спектр. Этот тип световой проводимости называется фотопроводимостью.

Материалы с энергией запрещенной зоны менее 1,8 эВ будут непрозрачными. потому что весь видимый свет будет поглощаться электронными переходами от валентности к зоне проводимости. Рассеяние этого поглощенная энергия может быть прямым возвратом в валентную зону или более сложные переходы с участием примесей.Чистые материалы с энергией запрещенной зоны более 3,1 эВ не будет поглощать свет в видимый диапазон и будет казаться прозрачным и бесцветным.

Свет, излучаемый переходами электронов в твердых телах, равен называется люминесценцией. Если это произойдет для короткое время это флуоресценция, а если длится дольше это фосфоресценция.

Свет, который передается из одной среды в другую, например из воздуха в стекло, преломляется.Это явный изгиб световых лучей, возникающих в результате изменения скорости света. Показатель преломления (n) материал — это отношение скорости света в вакууме (c = 3 x 10 8 м / с) до скорости света в этом материале (n = резюме). Изменение скорости является результатом электронной поляризации. Поскольку эффект поляризации увеличивается с увеличением размера атомы, стекла, содержащие ионы тяжелых металлов (например, свинца кристалл) имеют более высокие показатели преломления, чем составленные из более мелкие атомы (например, натриево-известковое стекло).

Рисунок 5: На этом рисунке показано преломление света, как оно переходит от среды с низкой оптической плотностью (например, воздуха) к среде с более высокой оптической плотностью (например, вода или стекло). Свет поддерживает его частота, но его скорость изменяется в более плотной среде. Следовательно, длина волны должна соответственно измениться. Закон Снеллиуса (n 1 sin q 1 = n 2 sin q 2 ) можно использовать для связи показателей преломления (n), углов (q) падения и преломления, а также скорости (v) света в двух СМИ: n 1 / n 2 = q 2 / q 1 = v 1 / v 2 )

Внутреннее рассеяние света в прозрачной по своей природе материал может сделать материал полупрозрачным или непрозрачным.Такой рассеяние происходит на флуктуациях плотности, границах зерен, фазовых границах и поры.

Многие приложения используют преимущества оптических свойств материалы. Прозрачность очков делает их полезными для окна, линзы, фильтры, посуда, лабораторная посуда и предметы искусства. Преобразование света в электричество — основа для использования полупроводниковых материалов, таких как арсенид галлия в лазерах и широкое использование светодиодов (светодиодов) в электронике устройств.Флуоресцентная и фосфоресцентная керамика используется в электрические лампы и телевизионные экраны. Наконец, оптические волокна передавать телефонные разговоры, сигналы кабельного телевидения и компьютерные данные, основанные на полном внутреннем отражении света сигнал.

Механические свойства:

Механические свойства описывают реакцию материала силам, нагрузкам и ударам. Керамика — прочный, твердый материал которые также устойчивы к коррозии (долговечны).Эти свойства, вместе с их низкой плотностью и высокой температурой плавления делают керамика привлекательные конструкционные материалы.

Применение современной керамики в конструкциях включает компоненты автомобильных двигателей, брони для военной техники и самолетов конструкции. Например, карбид титана имеет примерно в четыре раза больше прочность стали. Таким образом, стальной стержень в конструкции самолета может быть заменен стержнем из TiC, который будет выдерживать ту же нагрузку на половину диаметр и 31% веса.

Другие приложения, использующие преимущества механических свойства керамики включают использование глины и цемента в качестве конструкционные материалы. И то, и другое можно формовать и формовать во влажном состоянии, но при высыхании получается более твердый и прочный предмет. Очень твердые материалы такие как оксид алюминия (Al 2 O 3 ) и карбид кремния (SiC) используются в качестве абразивов для шлифовка и полировка.

Основным ограничением керамики является ее хрупкость, т.е.е., склонность к внезапному выходу из строя при небольшой пластической деформации. Это особенно беспокойство, когда материал используется в конструкционных приложениях. В металлов, делокализованные электроны позволяют атомам изменять соседи, не нарушая полностью структуру связи. Этот позволяет металлу деформироваться под нагрузкой. Работа сделана как узы смещение при деформации. Но в керамике из-за комбинированного ионный и ковалентный механизм связывания, частицы не могут сдвигаться без труда.Керамика ломается при приложении слишком большого усилия, и работа, проделанная по разрыву связей, при растрескивании создает новые поверхности.

Рисунок 6 : Напряжение-деформация диаграммы для типичных (а) хрупких и (б) пластичных материалов

Хрупкое разрушение происходит образование и быстрое распространение трещин. В кристаллических твердых телах трещины прорастают сквозь зерна (межзерновые) и по спайности плоскости в кристалле. Полученная изломанная поверхность может иметь зернистая или грубая текстура.Аморфные материалы не содержат зерен и правильные кристаллические плоскости, поэтому изломанная поверхность более вероятно, будет гладким на вид.

Теоретическая прочность материала — это растягивающее напряжение. это было бы необходимо, чтобы разорвать связи между атомами в идеальном твердое тело и разведите предмет. Но все материалы, в том числе керамика, содержат незначительные структурные и производственные дефекты, которые сделать их значительно слабее идеальной прочности.Любой недостаток, такие как поры, трещины или включения, вызывают напряжение концентрация, которая усиливает приложенное напряжение. Поры также уменьшить площадь поперечного сечения, по которой действует нагрузка. Таким образом, более плотные, менее пористые материалы обычно прочнее. По аналогии, чем меньше размер зерна, тем лучше механические свойства.

На самом деле керамика — это самый прочный из известных монолитных материалов, и они обычно сохраняют значительную часть своих прочность при повышенных температурах.Например, нитрид кремния (Si 3 N 4 , = 3,5 г / см 3 ) роторы турбокомпрессора имеют прочность на излом 120 тысяч фунтов на квадратный дюйм при 70 F и 80 тысяч фунтов на квадратный дюйм при 2200 F.

Рисунок 7 : Испытания на растяжение, сжатие и изгиб для материалы

Прочность на сжатие (раздавливание) важна для керамики, используемой в конструкции, такие как здания или огнеупорный кирпич. Сжимающий прочность керамики обычно намного превышает их предел прочности.Чтобы компенсировать это, керамику иногда подвергают предварительному напряжению в сжатом состоянии. Таким образом, когда керамический объект подвергается растягивающей силе, приложенное нагрузка должна преодолевать сжимающие напряжения (внутри объекта) прежде, чем дополнительные растягивающие напряжения могут увеличиться и нарушить объект. Безопасное стекло (термически закаленное) стекло) является одним из примеров такого материала. Керамика обычно довольно неэластичны и не гнутся, как металлы. Жесткость зависит от состав и структура.Способность к обратимой деформации есть измеряется модулем упругости. Материалы с прочным сцеплением требуют больших усилий для увеличения пространство между частицами и имеют высокие значения модуля упругости эластичность. Однако в аморфных материалах больше свободных пространство для перемещения атомов под приложенной нагрузкой. Как результат, аморфные материалы, такие как стекло, легче изгибаются, чем кристаллические материалы, такие как оксид алюминия или нитрид кремния.

Вязкость разрушения способность противостоять разрушению при наличии трещины.Это зависит от геометрия объекта и трещины, приложенное напряжение, и длина трещины. Разрабатываются композиты, которые сохраняют желаемые свойства керамики, уменьшая их склонность к разрушению. Например, введение углерода усы волокна препятствуют распространению трещин по керамике и повышает прочность.

Стеклокерамика, такая как используются для изготовления посуды, состоящей из стеклянной матрицы в какие крошечные керамические кристаллы растут, так что конечная матрица фактически состоит из мелких кристаллических зерен (средний размер <500 нм).Поскольку размер их зерен очень мал, эти материалы прозрачный для света. Кроме того, поскольку прочность на излом обратно пропорционально квадрату размера зерна, материалы прочные. Другими словами, наличие кристаллов улучшает механические и термические свойства стекла - стеклокерамика прочна, устойчива к термическому удару и хороша теплопроводники.

Электрические свойства:

Электрические свойства керамических материалов сильно различаются, с характерными мерами, охватывающими многие порядки величины (см. Таблицу 3).Керамика, вероятно, больше всего известна как электрическая. изоляторы. Некоторые керамические изоляторы (например, BaTiO 3 ) могут быть поляризованными и использоваться в качестве конденсаторов. Прочая керамика проводит электроны, когда достигается пороговая энергия, и поэтому называются полупроводники. В 1986 году был открыт новый класс керамики, высокий T c сверхпроводниками . Эти материалы проводят электричество практически с нулевым сопротивлением. Наконец, керамика известные как пьезоэлектрики могут генерировать электрический ответ на механическую силу или наоборот.

Таблица 3 : Удельное электрическое сопротивление различных материалы.
Тип Материал Сопротивление (-см)
Металлические проводники: Медь 1,7 x 10 -6
CuO 2

88 3 10113 2

88 3 10113 2

88 3 10113

Полупроводники: SiC 10
Германий 40
Изоляторы: Кирпич огнеупорный глиняный 10 9007 9309

0 3

0 SiC

4 		> 10 14
Полистирол 10 18
Сверхпроводники: YBa 2 Cu 3 28 O O 22 (ниже Т с )

Любой, кто использовал портативный кассетный плеер, личный компьютер или другое электронное устройство использует керамические диэлектрические материалы.Диэлектрик Материал представляет собой изолятор, который может поляризоваться на молекулярном уровне. уровень. Такие материалы широко используются в конденсаторах, устройствах, которые используются для хранения электрического заряда. Строение конденсатора показан на схеме.

Рисунок 8 : Схема конденсатора.

Заряд конденсатора хранится между двумя его пластинами. Количество заряда (q), которое он может удерживать, зависит от его напряжения. (В) и его емкость (С).

q = CV

Диэлектрик вставлен между пластинами конденсатора, увеличение емкости системы в раз, равное ее диэлектрической проницаемости k.

q = (кКл) V

Использование материалов с большой диэлектрической проницаемостью позволяет большие количества заряда должны храниться на очень маленьких конденсаторах. Это значительный вклад в продолжение миниатюризация электроники (например, портативных компьютеров, портативных CD-плееры, сотовые телефоны, даже слуховые аппараты!).

Диэлектрическая прочность материал — это его способность постоянно удерживать электроны на высоком Напряжение. Когда конденсатор полностью заряжен, практически нет ток, проходящий через него.

Но иногда очень сильные электрические поля (высокое напряжение) возбуждают большое количество электронов из валентной зоны в зона проводимости. Когда это происходит, ток течет через диэлектрик и часть накопленного заряда теряется.Это может быть сопровождается частичным разрушением материала плавлением, горение и / или испарение. Магнитный напряженность поля, необходимая для разрушения материала, составляет его диэлектрическая прочность. Некоторые керамические материалы имеют чрезвычайно высокую диэлектрическая прочность. Например, электрический фарфор может обрабатывать до 300 вольт на каждые 0,001 дюйма (мил) материала!

Таблица 4 : Константы электрических свойств различных керамических материалов материалы.)
Материал Диэлектрическая проницаемость при 1 МГц Диэлектрическая прочность (кВ / см)
Воздух 1.00059 30
Полистирол 2,54 — 2,56 240
Стекло (28
Глинозем 4,5 — 8,4 16-63
Фарфор 6,0 — 8,0 16-157
Диоксид титана 14-1108 39-83 9069 Электрический ток в твердых телах чаще всего является результатом поток электронов (электронная проводимость).Металлы, мобильные, проводящие электроны рассеиваются на тепловых колебаниях (фононах), и это рассеяние наблюдается как сопротивление. Таким образом, в металлах удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры. В отличие, валентные электроны в керамических материалах обычно не находятся в зона проводимости, поэтому большинство керамических материалов считаются изоляторами. Однако электропроводность можно увеличить, допировав материал примеси. Тепловая энергия также продвигает электроны в зона проводимости, так что в керамике проводимость увеличивается (и удельное сопротивление уменьшается) при повышении температуры.

Хотя керамика исторически считалась изоляционной материалы, керамические сверхпроводники были открыты в 1986 году. сверхпроводник может передавать электрический ток без сопротивления или потеря мощности. Для большинства материалов удельное сопротивление постепенно уменьшается. при понижении температуры. У сверхпроводников есть критический температура, Т c , при которой сопротивление резко падает практически до нуля.

Рисунок 9 : Зависимость удельного электрического сопротивленияТемпература для сверхпроводящие и несверхпроводящие материалы.

Чистые металлы и металлические сплавы были первыми известными сверхпроводники. У всех были критические температуры на уровне 30К или ниже и требовалось охлаждение жидким гелием. Новая керамика сверхпроводники обычно содержат плоскости оксида меди, такие как YBa 2 Cu 3 O 7 обнаружен в 1987 г. T c = 93 К. У них критические температуры выше температура кипения жидкого азота (77.4 К), что делает многие потенциальные применения сверхпроводников гораздо более практичны. Это связано с более низкой стоимостью жидкого азота и более легким проектирование криогенных устройств.

Рисунок 10 : Элементарная ячейка для YBCO сверхпроводник.

Помимо их критической температуры, два других параметра Определите область, в которой керамический материал является сверхпроводящим: 1) критический ток и 2) критическое магнитное поле. Так долго как условия находятся в пределах критических параметров температуры, ток и магнитное поле, материал ведет себя как сверхпроводник.Если любое из этих значений превышено, сверхпроводимость разрушена.

Применение сверхпроводников, зависящих от их тока грузоподъемность включает выработку, хранение и хранение электроэнергии распределение. СКВИДЫ (сверхпроводящие квантовые интерференционные устройства) электронные устройства, которые используют сверхпроводники как чувствительные детекторы электромагнитного излучения. Возможные применения в область медицины включает разработку передовых МРТ (Магнитно-резонансная томография) на основе магнитов из сверхпроводящие катушки.

Магнитные применения сверхпроводников также имеют большое значение. важность. Сверхпроводники — идеальные диамагнетики, а это значит, что они отталкивают магнитные поля. Это исключение приложенного магнитного поля называется эффектом Мейснера и является основой предлагаемого использования сверхпроводники для магнитной левитации поездов.

Некоторые керамические изделия обладают необычным свойством пьезоэлектричества, или давление электричество. Это часть класса, известного как «умный» материалы, которые часто используются в качестве датчиков.В пьезоэлектрике материал, приложение силы или давления на его поверхность индуцирует поляризацию и создает электрическое поле, т.е. превращает механическое давление в электрический импульс. Пьезоэлектрические материалы используются для изготовления преобразователей, которые встречается в таких распространенных устройствах, как звукосниматели для фонографов, эхолоты, микрофоны и различные типы датчиков. В керамических материалах, электрический заряд также может переноситься ионами. Это свойство может быть адаптированным с помощью химического состава, и является основой для многих коммерческих приложений.Они варьируются от химических датчики для крупных генераторов электроэнергии. Один из многих Известная технология — это топливные элементы. Он основан на способность определенной керамики пропускать кислородные анионы, в то же время являясь электронными изоляторами. Цирконий (ZrO 2 ), стабилизированный кальцием (CaO), является примером такой твердый электролит.

Топливные элементы были впервые использованы в космических кораблях, таких как Аполлон. капсулы и космический корабль.Ночью использовались топливные элементы. для выработки электроэнергии путем сжигания водорода и кислорода из газовые баллоны. В течение дня солнечные батареи взяли верх, и избыточная мощность использовалась для очистки и регенерации кислорода из выхлопных газов. и атмосферу, выдыхаемую космонавтами. Лямбда-зонд в выпускной коллектор автомобилей работает по такому же принципу и является используется для контроля эффективности двигателя.

Обработка керамики:

Обработка керамических материалов описывает способ, которым керамические предметы (например,г., стеклопакеты, лопатки ротора турбокомпрессора, световоды, конденсаторы).

Обработка начинается с сырья, необходимого для производства готовых компонентов, и включает в себя множество отдельных шагов, которые отличаются существенно зависит от типа керамического материала, кристаллический против стекла.

Обработка кристаллической керамики Обработка стекла
Выбор сырья Сырье Выбор материала
Подготовка Плавление
Уплотнение Заливка
Спекание Отжиг

Выбор сырья включает получение и подготовку правильные материалы для конечного продукта.Традиционное использование керамики различные формы глины. Производители стекла начинают с кремнезема. В современной керамике используется несколько различных материалов в зависимости от приложения (т. е. необходимые свойства).

Материал Использует
Al 2 O 3 (алюминий оксид) Изолирующие тела свечей зажигания,
подложки для микроэлектронной упаковки
MgO (оксид магния) электроизоляторы, огнеупорный кирпич
SiO 2 (диоксид кремния) посуда, оптические волокна
ZrO 3 2 (оксид циркония) цирконий, датчики кислорода
SiC (карбид кремния) печь детали, нагревательные элементы, абразивы
Si 3 N 4 (кремний нитрид) роторы турбокомпрессора, поршневые клапаны

Для кристаллической керамики характеристики необработанной материалы (порошки), такие как размер частиц и чистота, очень важны, поскольку они влияют на структуру (например,г., крупность) и свойства (например, прочность) конечного компонента. Поскольку сила увеличивается с уменьшением размера зерна, большинство исходных порошков измельченный (или измельченный) для получения тонкого порошка (диаметр <1 м). Поскольку сухие порошки трудно придавать форму, технологические добавки, такие как вода, полимеры и т. д., добавляются в улучшить их пластичность. Консолидация предполагает формирование керамической смеси в заданную форму. Есть много техник доступны для этого шага:

Рисунок 11 : Вспомогательные средства для обработки керамики.

Спекание — последний этап процесса. Спекание при высоком температуры (от 800 до 1800 C) вызывают уплотнение, которое придает керамическому изделию прочность и другие свойства. Во время этого процесса отдельные керамические частицы сливаются в образуют непрерывную сплошную сетку, а поры устраняются. Как правило, микроструктура спеченный продукт содержит плотные зерна, где отдельные зерна состоит из множества исходных частиц.

Рисунок 12 : Микроструктура необработанных, формованных и спеченных керамические изделия

Обработка стекла отличается от обработки кристаллов. Один из соображений, которые необходимо изучить, является укрепление поведение стекла. Очки чаще всего производятся быстрым закалка расплава. Это означает, что элементы, составляющие стекло материалы не могут перемещаться в положения, которые позволяют им образовывать кристаллическая закономерность.В результате стеклянная структура неупорядоченный или аморфный.

Одна из самых заметных характеристик очков — это способ они изменяются между твердым и жидким состояниями. В отличие от кристаллов, которые внезапно преобразуются при определенной температуре (т. е. их плавление точка) очки претерпевают постепенный переход. Между таянием температура (Т м ) вещества и так называемая температура стеклования (Т г ), вещество считается переохлажденной жидкостью.Когда стекло работал между T g и T m , можно достичь практически любой формы. Техника выдувания стекла — увлекательная демонстрация невероятной способности деформировать стекло.

Рисунок 13 : График зависимости удельного объема от температуры для типичный керамический материал

Обработка стекла не требует частиц оптимального размера (хотя мелкие кусочки тают быстрее). Выбор стекольного сырья материалы и химические добавки (которые, например, могут изменить цвет стекла) нагреваются (700 — 1600 С), растапливается и, наконец, выливается в форму или тарелку для быстрого охлаждения.Существует четыре различных метода формования, используемых для изготовления стекло.

Техника Применение
Прессование Столовая посуда
Выдувание Банки
Чертеж Окна
Волоконно-образующий Волокно оптика

Во время формирования стекла могут возникать напряжения, которые введены быстрым охлаждением или специальной обработкой, чтобы стекло потребности (например, наслоение или укрепление).Дополнительное тепло лечение нужно, чтобы «залечить» стекло. Отжиг, при котором стекло нагревается до точки отжига (температура чуть ниже температуры размягчения точка, в которой вязкость составляет приблизительно 10 8 Пуаз), а затем медленно охлаждают до комнатной температуры, является одним из таких процесс. Закалка также является последующей термообработкой стекла. обработка, при которой стекло повторно нагревается и охлаждается в масле или струя воздуха, так что внутренняя и внешняя части имеют разные характеристики.Закалка снижает склонность стекла к разрушению. Закаленное стекло можно использовать в условиях, подверженных нагрузкам. как окна машины.

Резюме:

Термин «керамика» когда-то относился только к материалам на основе глины. Однако новые поколения керамических материалов чрезвычайно расширили сферу и количество возможных приложений. Многие из эти новые материалы оказывают большое влияние на нашу повседневную жизнь и на наше общество.

Керамические материалы представляют собой неорганические соединения, обычно оксиды, нитриды или карбиды. Связь очень прочная — ионная или сеть ковалентная. Многие принимают кристаллические структуры, но некоторые формы очки. Свойства материалов являются результатом склеивание и структура.

Керамика выдерживает высокие температуры, хорошо термически изоляторы и не сильно расширяются при нагревании. Это делает их отличные тепловые барьеры, начиная от футеровки промышленные печи для покрытия космического шаттла, чтобы защитить его от высоких температур на входе.

Стекла — это прозрачная аморфная керамика, широко используемая. в окнах, линзах и многих других знакомых приложениях. Свет может вызывают электрический отклик в некоторых керамических изделиях, называемый фотопроводимость. Волоконно-оптический кабель быстро заменяет медь для связи, так как оптические волокна могут нести больше информации для больших расстояний с меньшими помехами и потерями сигнала, чем традиционные медные провода.

Керамика прочная, твердая и долговечная.Это делает их привлекательные конструкционные материалы. Единственный существенный недостаток: их хрупкость, но эта проблема решается разработка новых материалов, таких как композиты.

Керамика по своим электрическим свойствам отличается от отличных изоляторов. к сверхпроводникам. Таким образом, они используются в широком диапазоне Приложения. Некоторые из них конденсаторы, другие полупроводники в электронные устройства. Пьезоэлектрические материалы могут преобразовывать механические давление в электрический сигнал и особенно полезны для датчики.В настоящее время ведутся активные исследования по открытию новых высот T c сверхпроводников и разработка возможных приложений.

Обработка кристаллической керамики осуществляется в соответствии с основными этапами которые веками использовались для изготовления глиняных изделий. Материалы отбираются, подготавливаются, формуются в желаемую форму и спекаются при высоких температурах. Стекла обрабатываются заливкой в ​​расплавленный состояние, придание формы в горячем состоянии, а затем охлаждение. Новые методы такие как химическое осаждение из паровой фазы и золь-гель обработка. в настоящее время разрабатывается.Керамика далеко вышла за рамки своего начал в глиняной посуде. Керамическая плитка покрывает космический шаттл а также наши кухонные полы. Керамические электронные устройства делают возможные высокотехнологичные инструменты для всего, от медицины до развлекательная программа. Ясно, что керамика — наше окно в будущее.

Следующая тема: Ссылки

Керамика Содержание
MAST Home Page

Свойства материалов и сравнительные таблицы | Керамика, металлы с высокой температурой плавления | Прецизионная обработка керамики, кварца, вольфрама и молибдена

Удельный вес

На этой диаграмме отображается удельный вес материалов, который представляет собой плотность материала по отношению к плотности воды.
По сравнению с металлами, керамика имеет менее половины плотности. Кроме того, вольфрам тяжелее свинца и примерно такого же веса, как золото, что делает его необычно плотным материалом. Поэтому вольфрам часто используется в качестве защиты от излучения.

График сравнительного удельного веса

Hardnes

На этом графике показана твердость различных материалов, измеренная по твердости по Виккерсу.
Керамика, как правило, намного тверже, чем обычно используемые металлы. Это означает, что они обладают более высокой износостойкостью и широко используются в качестве износостойких материалов.

График сравнительной твердости

Модуль Юнга

Чем выше модуль Юнга определенного материала, тем он жестче и лучше выдерживает возникающее растяжение.
По сравнению с другими материалами керамика, вольфрам и молибден имеют очень высокий модуль Юнга.

Сравнительный график модуля Юнга

Вязкость разрушения

Вязкость разрушения можно определить как сопротивление росту трещин.
Как правило, керамика очень хрупкая.Однако среди них диоксид циркония обладает высокой прочностью на излом и часто используется в кухонных ножах, ножницах и шарах для разрушения.

График сравнительной вязкости разрушения

Макс. использовать темп.

Максимальная температура использования определяет диапазон температур, в котором материал можно использовать. Это зависит от атмосферы.Материалы с высокой температурой плавления, такие как вольфрам, молибден и керамика, имеют различные применения, требующие высокой термостойкости. Например, материалы для мебели, тигли и теплозащита.

Сравнительный график максимальной температуры использования

Термостойкость

Температурный диапазон, в котором материал может выдерживать резкие перепады температуры.Чем выше сопротивление термическому удару, тем меньше риск разрушения материала из-за резких перепадов температуры. Стекло и керамика легко ломаются при резком изменении температуры. Однако нитрид бора, кварц и нитрид кремния обладают очень высокой термостойкостью. Эти материалы часто используются в деталях, которые должны выдерживать экстремальные колебания температуры.

График сравнительной термостойкости

Теплопроводность

Этот график показывает, насколько хорошо тепло передается через различные материалы.
Некоторые керамические материалы, такие как нитрид алюминия и карбид кремния, обладают высокой теплопроводностью, тогда как другие, такие как диоксид циркония, имеют очень низкую проводимость. Вольфрам и молибден сравнительно хорошо проводят тепло.

График сравнения теплопроводности

Коэффициент теплового расширения

Скорость расширения материала при изменении температуры.
Поскольку керамика, вольфрам и молибден имеют низкий коэффициент теплового расширения, изменение формы при изменении температуры незначительно.

Сравнительный график коэффициента теплового расширения

Удельное электрическое сопротивление

Удельное электрическое сопротивление, также известное как объемное сопротивление, — это свойство, объясняющее, насколько трудно электричеству проходить через материал.Керамика в целом имеет высокое электрическое сопротивление. Поэтому они обычно используются в качестве изоляционных материалов. Некоторые керамические материалы, например SiC, обладают электропроводящими свойствами.

График удельного электрического сопротивления

Относительная диэлектрическая проницаемость

Диэлектрическая проницаемость описывает, насколько велика диэлектрическая поляризация материала при приложении к нему электрического поля.Относительная диэлектрическая проницаемость (также известная как диэлектрическая проницаемость) — это диэлектрическая проницаемость материала по отношению к диэлектрической проницаемости вакуума. Чем ниже относительная диэлектрическая проницаемость, тем меньшая диэлектрическая поляризация устанавливается в материале. Таким образом, на материал практически не влияют окружающие электрические поля. Вот почему его популярное применение — в оборудовании для обработки полупроводников.

Коррозионная стойкость

Коррозионная стойкость описывает, насколько хорошо материал может противостоять химическим или биологическим воздействиям без ухудшения его свойств или структуры.Поскольку керамика обладает высокой коррозионной стойкостью, ее можно использовать в протезах конечностей и различных других коррозионно-стойких деталях. Вольфрам противостоит кислотам и щелочам так же, как керамика.

Электропроводность

В общем, современная керамика — это изоляционные материалы, не проводящие электричество. В зависимости от напряжения или температуры некоторые из них могут стать полупроводниками.

Пьезоэлектричество

После приложения механического напряжения к материалам некоторые из них генерируют электрический заряд.

No related posts.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

© 2011-2019. ООО «Талицкий кирпич»

➤