| Алюминий | 2600-2700 | 203,5-221 растет с ростом плотности |
| Асбест | 600 | 0,151 |
| Асфальтобетон | 2100 | 1,05 |
| АЦП асбесто-цементные плиты | 1800 | 0,35 |
| Бетон | 2300-2400 | 1,28-1,51 растет с ростом плотности |
| Битум | 1400 | 0,27 |
| Бронза | 8000 | 64 |
| Винипласт | 1380 | 0,163 |
| Вода при температурах выше 0 градусов С | 1000 | 0,6 |
| Войлок шерстяной | 300 | 0,047 |
| Гипсокартон | 800 | 0,15 |
| Гранит | 2800 | 3,49 |
| Дерево, дуб — вдоль волокон | 700 | 0,23 |
| Дерево, дуб — поперек волокон | 700 | 0,1 |
| Дерево, сосна или ель — вдоль волокон | 500 | 0,18 |
| Дерево, сосна или ель — поперек волокон | 500 | 0,10—0,15 растет с ростом плотности и влажности |
| ДСП, ОСП; древесно- или ориентированно-стружечная плита | 1000 | 0,15 |
| Железобетон | 2500 | 1,69 |
| Картон облицовочный | 1000 | 0,18 |
| Керамзит | 200 | 0,1 |
| Керамзит | 800 | 0,18 |
| Керамзитобетон | 1800 | 0,66 |
| Керамзитобетон | 500 | 0,14 |
| Кирпич керамический пустотелый (брутто1000) | 1200 | 0,35 |
| Кирпич керамический пустотелый (брутто1400) | 1600 | 0,41 |
| Кирпич красный глиняный | 1800 | 0,56 |
| Кирпич, силикатный | 1800 | 0,7 |
| Кладка из изоляционного кирпича | 600 | 0,116—0,209 растет с ростом плотности |
| Кладка из обыкновенного кирпича | 600-1700 | 0,384—0,698—0,814 растет с ростом плотности |
| Кладка из огнеупорного кирпича | 1840 | 1,05 (при 800—1100°С) |
| Краска масляная | — | 0,233 |
| Латунь | 8500 | 93 |
| Лед при температурах ниже 0 градусов С | 920 | 2,33 |
| Линолеум | 1600 | 0,33 |
| Литье каменное | 3000 | 0,698 |
| Магнезия 85% в порошке | 216 | 0,07 |
| Медь | 8500-8800 | 384-407 растет с ростом плотности |
| Минвата | 100 | 0,056 |
| Минвата | 50 | 0,048 |
| Минвата | 200 | 0,07 |
| Мрамор | 2800 | 2,91 |
| Опилки древесные | 230 | 0,070—0,093 растет с ростом плотности и влажности |
| Пакля сухая | 150 | 0,05 |
| Пенобетон | 1000 | 0,29 |
| Пенобетон | 300 | 0,08 |
| Пенопласт | 30 | 0,047 |
| Пенопласт ПВХ | 125 | 0,052 |
| Пенополистирол | 100 | 0,041 |
| Пенополистирол | 150 | 0,05 |
| Пенополистирол | 40 | 0,038 |
| Пенополистирол экструдированый | 33 | 0,031 |
| Пенополиуретан | 32 | 0,023 |
| Пенополиуретан | 40 | 0,029 |
| Пенополиуретан | 60 | 0,035 |
| Пенополиуретан | 80 | 0,041 |
| Пеностекло | 400 | 0,11 |
| Пеностекло | 2000 | 0,07 |
| Песок сухой | 1600 | 0,35 |
| Песок влажный | 1900 | 0,814 |
| Полимочевина | 1100 | 0,21 |
| Полиуретановая мастика | 1400 | 0,25 |
| Полиэтилен | 1500 | 0,3 |
| Пробковая мелочь | 160 | 0,047 |
| Рубероид, пергамин | 600 | 0,17 |
| Свинец | 11400 | 34,9 |
| Совелит | 450 | 0,098 |
| Сталь | 7850 | 58 |
| Сталь нержавеющая | 7900 | 17,5 |
| Стекло оконное | 2500 | 0,698—0,814 |
| Стеклянная вата (стекловата) | 200 | 0,035—0,070 растет с ростом плотности |
| Текстолит | 1380 | 0,244 |
| Торфоплиты | 220 | 0,064 |
| Фанера клееная | 600 | 0,12 |
| Фаолит | 1730 | 0,419 |
| Чугун | 7500 | 46,5—93,0 |
| Шлаковая вата | 250 | 0,076 |
| Эмаль | 2350 | 0,872—1,163 |
Теплопроводность — это.
.. Что такое Теплопроводность?Теплопрово́дность — это процесс переноса внутренней энергии от более нагретых частей тела (или тел) к менее нагретым частям (или телам), осуществляемый хаотически движущимися частицами тела ( атомами, молекулами, электронами и т.п.). Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества. Явление теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру тела, передаётся другому телу при их взаимодействии или передаётся из более нагретых областей тела к менее нагретым областям. Иногда теплопроводностью называется также количественная оценка способности конкретного вещества проводить тепло.
Численная характеристика теплопроводности материала равна количеству теплоты, проходящей через материал площадью 1 кв.м за единицу времени (секунду) при единичном температурном градиенте.
Данная численная характеристика используется для расчета теплопроводности для калибрования и охлаждения профильных изделий.
Исторически считалось, что передача тепловой энергии связана с перетеканием теплорода от одного тела к другому. Однако более поздние опыты, в частности, нагрев пушечных стволов при сверлении, опровергли реальность существования теплорода как самостоятельного вида материи. Соответственно, в настоящее время считается, что явление теплопроводности обусловлено стремлением объектов занять состояние более близкое к термодинамическому равновесию, что выражается в выравнивании температуры.
Закон теплопроводности Фурье
В установившемся режиме плотность потока энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорциональна градиенту температуры:
где — вектор плотности теплового потока — количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси, — коэффициент теплопроводности (иногда называемый просто теплопроводностью), — температура.
Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен противоположно вектору grad T (то есть в сторону скорейшего убывания температуры). Это выражение известно как закон теплопроводности Фурье.[1]
В интегральной форме это же выражение запишется так (если речь идёт о стационарном потоке тепла от одной грани параллелепипеда к другой):
где — полная мощность тепловых потерь, — площадь сечения параллелепипеда, — перепад температур граней, — длина параллелепипеда, то есть расстояние между гранями.
Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/(м·K).
Коэффициент теплопроводности вакуума
Коэффициент теплопроводности вакуума почти ноль (чем глубже вакуум, тем ближе к нулю). Это связано с низкой концентрацией в вакууме материальных частиц, способных переносить тепло. Тем не менее, тепло в вакууме передаётся с помощью излучения. Поэтому, например, для уменьшения теплопотери стенки термоса делают двойными, серебрят (такая поверхность лучше отражает излучение), а воздух между ними откачивают.
Связь с электропроводностью
Связь коэффициента теплопроводности с удельной электрической проводимостью в металлах устанавливает закон Видемана — Франца:
где — постоянная Больцмана, — заряд электрона.
Коэффициент теплопроводности газов
Коэффициент теплопроводности газов определяется формулой[2]
Где: i — сумма поступательных и вращательных степеней свободы молекул (для двухатомного газа i=5, для одноатомного i=3), k — постоянная Больцмана, M — молярная масса, T — абсолютная температура, d — эффективный диаметр молекул, R — универсальная газовая постоянная. Из формулы видно, что наименьшей теплопроводностью обладают тяжелые одноатомные (инертные) газы, наибольшей — легкие многоатомные (что подтверждается практикой, максимальная теплопроводность из всех газов — у водорода, минимальная — у радона, из не радиоактивных газов — у ксенона).
Обобщения закона Фурье
Следует отметить, что закон Фурье не учитывает инерционность процесса теплопроводности, то есть в данной модели изменение температуры в какой-то точке мгновенно распространяется на всё тело.
Закон Фурье не применим для описания высокочастотных процессов (и, соответственно, процессов, чьё разложение в ряд Фурье имеет значительные высокочастотные гармоники). Примерами таких процессов являются распространение ультразвука, ударные волны и т.п. Инерционность в уравнения переноса первым ввел Максвелл
Если время релаксации пренебрежимо мало, то это уравнение переходит в закон Фурье.
Коэффициенты теплопроводности различных веществ
| Материал | Теплопроводность, Вт/(м·K) |
|---|---|
| Графен | (4840±440) — (5300±480) |
| Алмаз | 1001—2600 |
| Графит | 278,4—2435 |
| Карбид кремния | 490 |
| Серебро | 430 |
| Медь | 382—390 |
| Оксид бериллия | 370 |
| Золото | 320 |
| Алюминий | 202—236 |
| Нитрид алюминия | 200 |
| Нитрид бора | 180 |
| Кремний | 150 |
| Латунь | 97—111 |
| Хром | 93,7 |
| Железо | 92 |
| Платина | 70 |
| Олово | 67 |
| Оксид цинка | 54 |
| Сталь | 47 |
| Кварц | 8 |
| Стекло | 1-1,15 |
| КПТ-8 | 0,7 |
| Вода при нормальных условиях | 0,6 |
| Кирпич строительный | 0,2—0,7 |
| Силиконовое масло | 0,16 |
| Пенобетон | 0,14—0,3 |
| Древесина | 0,15 |
| Нефтяные масла | 0,12 |
| Свежий снег | 0,10—0,15 |
| Вата | 0,055 |
| Воздух (300 K, 100 кПа) | 0,026 |
| Вакуум (абсолютный) | 0 (строго) |
другие вещества
| Материал | Теплопроводность, Вт/(м·K) |
|---|---|
| Кальций | 201 |
| Бериллий | 201 |
| Вольфрам | 173 |
| Магний | 156 |
| Родий | 150 |
| Иридий | 147 |
| Молибден | 138 |
| Рутений | 117 |
| Хром | 93,9 |
| Осмий | 87,6 |
| Титан | 21,9 |
| Тефлон | 0,25 |
| Бумага | 0,14 |
| Полистирол | 0,082 |
| Шерсть | 0,05 |
| Минеральная вата | 0,045 |
| Пенополистирол | 0,04 |
| Стекловолокно | 0,036 |
| Пробковое дерево | 0,035 |
| Пеноизол | 0,035 |
| Каучук вспененный | 0,03 |
| Аргон | 0,0177 |
| Аэрогель | 0,017 |
| Ксенон | 0,0057 |
На практике нужно также учитывать проводимость тепла за счет конвекции молекул и проникаемости излучений.
Например, при полной нетеплопроводности вакуума, тепло может передаваться за счет излучения (пример — Солнце, установки инфракрасного излучения). А газ или жидкость могут обмениваться нагретыми или охлажденными слоями самостоятельно или искусственно (пример — фен, греющие вентиляторы). Так же в конденсированных средах возможно «перепрыгивание» фононов из одного твердого тела в другое через субмикронные зазоры, что способствует распространению звуковых волн и тепла, даже если зазоры представляют собой идеальный вакуум.
Примечания
См. также
Ссылки
Таблицы теплопроводимости материалов (металлы, бетон, гранит, дерево и др.)
Взято из: «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» /под ред. Романкова. Приложение.
Н.И. Кошкин, М.Г. Ширкевич. Справочник по элементарной физике // Издание девятое, М.: «Наука», 1982 г.
Коэффициент теплопроводности металлов
| Металл | Вт/(м•К) |
|---|---|
| Алюминий | 209,3 |
| Бронза | 47-58 |
| Железо | 74,4 |
| Золото | 312,8 |
| Латунь | 85,5 |
| Медь | 389,6 |
| Платина | 70 |
| Ртуть | 29,1 |
| Серебро | 418,7 |
| Сталь | 45,4 |
| Свинец | 35 |
| Серый чугун | 50 |
| Чугун | 62,8 |
Коэффициент теплопроводности других материалов
| Материал | Влажность массовая доля % | Вт/(м•К) |
|---|---|---|
| Бакелитовый лак | — | 0,29 |
| Бетон с каменным щебнем | 8 | 1,28 |
| Бумага обыкновенная | Воздушно-сухая | 0,14 |
| Винипласт | — | 0,13 |
| Гравий | Воздушно-сухая | 0,36 |
| Гранит | — | 3,14 |
| Глина | 15-20 | 0,7-0,93 |
| Дуб (вдоль волокон) | 6-8 | 0,35-0,43 |
| Дуб (поперек волокон) | 6-8 | 0,2-0,21 |
| Железобетон | 8 | 1,55 |
| Картон | Воздушно-сухая | 0,14-0,35 |
| Кирпичная кладка | Воздушно-сухая | 0,67-0,87 |
| Кожа | >> | 0,14-0,16 |
| Лед | — | 2,21 |
| Пробковые плиты | 0 | 0,042-0,054 |
| Снег свежевыпавший | — | 0,105 |
| Снег уплотненный | — | 0,35 |
| Снег начавший таять | — | 0,64 |
| Сосна (вдоль волокон) | 8 | 0,35-0,41 |
| Сосна (поперек волокон) | 8 | 0,14-0,16 |
| Стекло (обыкновенное) | — | 0,74 |
| Фторопласт-3 | — | 0,058 |
| Фторопласт-4 | — | 0,233 |
| Шлакобетон | 13 | 0,698 |
| Штукатурка | 6-8 | 0,791 |
Коэффициент теплопроводности асбеста и пенобетона при различных температурах
(ρa=576кг/м3, ρп=400кг/м3,λ, Вт/(м•К))
| Материал | -18oС | 0oС | 50oС | 100oС | 150oС |
|---|---|---|---|---|---|
| Асбест | — | 0,15 | 0,18 | 0,195 | 0,20 |
| Пенобетон | 0,1 | 0,11 | 0,11 | 0,13 | 0,17 |
Коэффициент теплопроводности жидкости Вт/(м•К) при различных температурах
| Материал | 0oС | 50oС | 100oС |
|---|---|---|---|
| Анилин | 0,19 | 0,177 | 0,167 |
| Ацетон | 0,17 | 0,16 | 0,15 |
| Бензол | — | 0,138 | 0,126 |
| Вода | 0,551 | 0,648 | 0,683 |
| Масло вазелиновое | 0,126 | 0,122 | 0,119 |
| Масло касторовое | 0,184 | 0,177 | 0,172 |
| Спирт метиловый | 0,214 | 0,207 | — |
| Спирт этиловый | 0,188 | 0,177 | — |
| Толуол | 0,142 | 0,129 | 0,119 |
Добавьте в закладки постоянную ссылку.Теплопроводность сталей и сплавов — Энциклопедия по машиностроению XXL
Удельный вес и коэффициент теплопроводности стали и сплавов [c.15]
Закономерности формирования химического состава металла шва изложены в разд. III Физико-химические и металлургические процессы при сварке . Материал первых двух разделов дает описание тех физических и температурных условий, которые создаются над поверхностью металла и в самом металле в процессе сварки. В этом плане материал первых двух разделов представляет собой как бы описание того физического фона, от которого зависит протекание реакций, переход различных легирующих элементов в металл шва или их удаление и окисление. Вопросы защиты металла шва и массообмена на границе металл— шлак и металл — газ — центральные в разд. III. Эти процессы предопределяют химический состав металла шва, а следовательно, во многом и его механические свойства.
Однако формирование свойств сварного шва, а тем более сварного соединения, определяется не только химическим составом металла. Характер кристаллизации шва во многом влияет на его свойства. Свойства околошовной зоны и в определенной мере металла шва существенно зависят от температурного и термомеханического циклов, которые сопровождают процесс сварки. Для многих легированных сталей и сплавов эта фаза формирования сварного соединения предопределяет их механические свойства. Процесс сварки может создавать в металле такие скорости нагрева и охлаждения металла вследствие передачи теплоты по механизму теплопроводности, которые часто невозможно организовать при термической обработке путем поверхностной теплопередачи. Образование сварного соединения сопровождается пластическими деформациями металла и возникновением собственных напряжений, которые также влияют на свойства соединений. Эти вопросы рассматриваются в IV, заключительном разделе учебника — Термодеформационные процессы и превращения в металлах при сварке .
[c.6]
В настоящей главе приведены теплопроводности некоторых технических сталей и сплавов (табл. 15.7— 15.16), полупроводников (табл. 15.17), совершенных диэлектрических монокристаллов (табл. 15.18), стекол (табл. 15.19), огнеупорных материалов и высокотемпературных композиций ядерного топлива (табл. 15.20— 15.24), строительных и теплоизоляционных материалов, древесины, горных пород и прочих веществ (табл. 15.25— 15.29). [c.339]
Из сказанного видно, что жаропрочные и нержавеющие стали и сплавы отличаются пониженной обрабатываемостью по сравнению с обычными конструкционными сталями. Это обусловлено следующими факторами малой теплопроводностью, высокими прочностью, вязкостью и большой истирающей способностью. [c.35]
Из приведенной выше классификации видно, что титановые сплавы по обрабатываемости занимают промежуточное положение между нержавеющими и жаропрочными сталями и сплавами.
Обработка их затрудняется в основном низкой теплопроводностью. В резец из-за этого переходит до 20% всего тепла, тогда как при обработке конструкционных сталей всего около 5% (у жаропрочных сплавов до 25—35%). Температура при резании поэтому в 2 и более раз выше, чем при обработке стали 45 и может достигать 1500″ С, тогда как при обработке нержавеющей стали она не превышает 1300° С. Титановые сплавы, наряду с низкой теплопроводностью, обладают и невысокой пластичностью (относительное удлинение изменяется от 2 до 25%), и почти не упрочняются. При резании они образуют сливную стружку, которая, однако, при высоких скоростях переходит в элементную. Характерно, что стружка почти не дает усадки. При повышенных температурах она легко окисляется, вследствие чего коэффициент трения ее о резец снижается до 0,2—
[c.36]Для стали и сплавов на ферритной, аустенитной и хромоникелевой основах, объемная теплоемкость которых отличается сравнительно мало, способность металла повышать свою температуру при прочих равных условиях в основно.
м определяется теплопроводностью. Однако для других металлов, имеющих различную объемную теплоемкость, одной теп-
[c.167]
Теплопроводность различных марок стали и сплавов, имеющих одинаковую основу, обычно отличается сравнительно мало. Так, например, сталь на ферритной основе имеет обычно коэффициент теплопроводности к = 5- 7 квт м град, сталь на ферритной основе с высоким содержанием хрома (более 10%) и сталь на [c.167]
Хотя экспериментальные данные в общем подтверждают изложенные выше соображения, однако для некоторых сплавов заметна тенденция к увеличению Яф с ростом температуры. Этот факт нуждается в подтверждении, но он может быть объяснен тем, что в сталях и сплавах (особенно высоколегированных) дальний порядок расположения атомов может быть серьезно нарушен, т. е. в какой-то мере структура сплава становится подобна аморфной. В то же время известно, что теплопроводность аморфных тел (степень дальнего порядка расположения ато-
[c.
118]
В связи с тем что при наличии примесей температурный коэффициент фононной теплопроводности уменьшается, решающую роль в сплавах играет электронная теплопроводность, температурный коэффициент которой увеличивается с возрастанием количества примесей. Рост общей теплопроводности с повышением температуры подтверждается экспериментально как для высоколегированных сталей и сплавов, так и для сплавов на основе меди и алюминия. [c.119]
Сварка коррозионно-стойких, жаропрочных сталей и сплавов. Стали и сплавы этого класса обладают хорошей свариваемостью. Однако теплофизические свойства и склонность к образованию в шве и околошовной зоне горячих трещин определяют некоторые особенности их сварки. Характерные для большинства сталей и сплавов низкая теплопроводность и высокий коэффициент линейного расширения обусловливают при прочих равных условиях (способе сварки, геометрии кромок и др.) расширение зоны проплавления и областей, нагретых до различных температур, и увеличение суммарной пластической деформации металла шва и околошовной зоны.
Это увеличивает коробление конструкций. Поэтому следует применять способы и режимы сварки, характеризующиеся максимальной концентрацией тепловой энергии. Оценка возможностей дуговых способов сварки по толщине детали дана в табл. I.
[c.28]
Аустенитные стали имеют низкую теплопроводность и высокий температурный коэффициент линейного расширения, что обусловливает перегрев металла в зоне сварки и возникновение значительных деформаций изделия. Основные трудности сварки рассматриваемых сталей и сплавов обусловлены высокой степенью легирования и разнообразием условий эксплуатации сварных конструкций. Основная особенность сварки таких сталей — склонность к образованию в шве и околошовной зоне горячих трещин в виде как мельчайших микротрещин, так и трещин значительных размеров. Образование горячих трещин связано с формированием при сварке крупнозернистой макроструктуры. Применение методов, способствующих измельчению кристаллов, повышает стойкость шва против образования горячих трещин.
Эффективным средством является создание аустенитно-ферритной структуры металла щва. Получение аустенит-но-ферритных швов достигается путем дополнительного легирования металла шва хромом, кремнием, алюминием, молибденом и др. В сварных швах изделий, работающих как коррозионно-стой-кие при температуре до 400 °С, допускается содержание феррита до 25 %. В изделиях из жаропрочных и жаростойких сталей, работающих при более высоких температурах, содержание феррита ограничивают 4—5 %. Значительные скорости охлаждения при сварке и диффузионные процессы, происходящие при повышенных температурах в процессе эксплуатации, приводят к сильному охрупчиванию металла сварных соединений жаропрочных сталей и к потере прочности при высоких темпера-
[c.334]
Высокоуглеродистые и высоколегированные стали и многие сложные сплавы, имеющие низкие теплопроводность и пластичность, во избежание трещин требуют медленного нагрева.
Заготовки из таких сталей и сплавов загружают в печь при невысокой температуре, выдерживают при этой температуре для равномерного прогрева заготовки по всему объему и затем повышают температуру печи. Крупные слитки из легированных сталей при нагреве подвергают нескольким выдержкам при различных температурах.
[c.290]Из-за более низкой температуры плавления и небольшой теплопроводности высоколегированных сталей и сплавов для получения той же глубины проплавления, что и при сварке низколегированных сталей, сварочный ток должен быть уменьшен на [c.250]
Наиболее подробно изучена обрабатываемость деформированных, т. е. прошедших горячую обработку давлением, сталей и сплавов на феррит-ной, аустенитной и хромоникелевой основах твердостью НВ = 100-350 кг/мм . Для этих металлов скорости резания в случае точения быстрорежущими резцами могут быть определены с погрешностью до 25 % по истинному сопротивлению разрушению и коэффициенту теплопроводности X при помощи зависимости
[c.
262]
Физические свойства в зависимости от температуры (коэффициент линейного расширения, модуль нормальной упругости, плотность, теплопроводность, удельная теплоемкость) для коррозионностойких сталей и сплавов приведены в табл. 12.12-12.16. [c.556]
Титановольфрамовые сплавы применяют также при точении (без ударов и при отсутствии загрязненной корки) жаропрочных сталей и сплавов, обладающих повышенной вязкостью и пониженной теплопроводностью. [c.12]
При обработке закаленных углеродистых и легированных HR > 55) сталей, а также высоколегированных нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов с ударной нагрузкой (торцовое фрезерование, точение прерывистых поверхностей) или при точении заготовок из этих материалов с загрязненной литейной коркой целесообразно (вследствие большей прочности и теплопроводности) применение вольфрамового сплава ВК8. [c.12]
Очень низкой обрабатываемостью обладают жаропрочные стали и сплавы. Это объясняется тем, что жаропрочные материалы имеют значительное количество легирующих элементов (в том числе титан и марганец), склонны к свариванию (к адгезии) с режущим инструментом, незначительно изменяют прочность при нагреве до температуры 800° С, имеют высокий предел прочности на сдвиг (в 2—3 раза выше по сравнению с конструкционной углеродистой сталью) у жаропрочных материалов высокий предел прочности сочетается с большой вязкостью, они способны к сильному упрочнению (наклепу) и имеет низкую теплопроводность. Все это вызывает при резании большие силы, высокую температуру (в 2—4 раза выше температуры при резании конструкционных сталей 69]), интенсивный износ режущего инструмента, большую шероховатость обработанной поверхности, т. е. низкую обрабатываемость этих материалов, а потому их относят к труднообрабатываемым. [c.125]
Феррито-мартенситные нержавеющие стали обрабатываются так же успешно, как и обычные малоуглеродистые стали. Значительно сложнее положение с аустенитными и особенно жаропрочными сложнолегированными сталями и сплавами на никелевой и кобальтовой основе. Это вызвано большой склонностью к наклепу и малой теплопроводностью последних. В процессе резания этих материалов возникают чрезвычайно высокие температура и нагрузка, способствующие усиленному адгезионному и диффузионному износу. [c.168]
Работоспособность многих деталей, конструктивных элементов и приборов зачастую зависит не столько от механических, сколько от физических свойств применяемых материалов. Так, долговечность режущего инструмента тем выше, чем меньше тепло- и температуропроводность инструментальной стали. В случае низкой теплопроводности разогрев режущей кромки инструмента меньше, а теплоотвод осуществляется больше стружкой, чем инструментом. Низкие значения теплопроводности необходимы для сталей криогенной техники, когда приток тепла по металлу в охлаждающую среду снижает энергетические показатели охлаждающих устройств. Наконец, повышенные значения теплопроводности сталей и других сплавов необходимы для создания качественных теплообменников. [c.126]
Распространенные графито-масляные смазки из-за высокой теплопроводности, термохимического взаимодействия с материалом заготовок, результатом которого является науглероживание некоторых сталей и сплавов, в ряде случаев оказываются непригодными для горячей деформации жаропрочных материалов и специальных сплавов. Силикатные стекла широко применяют в качестве смазки при прессовании труб и профилей [30]. Стеклосмазки обычно наносят на горячие заготовки. Однако нагрев в обычной окислительной атмосфере ухудшает качество поверхности заготовок. [c.114]
Инструменты из титановольфрамовых сплавов применяют также при точении (без ударов и при отсутствии корки) заготовок из жаропрочных сталей и сплавов, обладающих повышенной вязкостью и пониженной теплопроводностью. Вязкость твердых сплавов зависит от зернистости и ко- [c.43]
Бериллий. Из табл. 1 видно, что наиболее легким из этих металлов является бериллий. По удельной прочности он значительно выше титановых и специальных сталей и сплавов, обладает хорошей элек-тро- и теплопроводностью, высокой теплоемкостью его упругие свойства не изменяются при нагреве до 600°С. К недостаткам бериллия следует отнести его высокую хрупкость, повышенную склонность к окислению и токсичность. Он обладает также повышенной истирающей способностью при резании. Для его обработки применяется в основном твердосплавный инструмент. Режимы резания назначаются такими, чтобы температура в зоне резания не превышала [c.37]
На рис. 73 и 74 приведены данные по изменению коэффициента линейрюго расширения теплопроводности в зависимости от температуры для ряда сталей и сплавов. [c.218]
Как уже говорилось выше, теплопроводность железа и сплавов на его основе имеет еще некоторые особенности. Так, углеродистые стали в отожженном состоянии (или после высокого отпуска) имеют ту же объ-емноцентрированную решетку, что и а-железо. Теплопроводность углеродистых сталей в этом состоянии имеет отрицательный температурный коэффициент. После закалки » углеродистой стали на аустенпт [c.122]
Одним из наиболее интересных результатов проведенных исследований является, на наш взгляд, получение данных о влиянии термической обработки сплавов на соотношение между теплопроводностью и электропроводностью сплавов. Изучению были подвергнуты стали и сплавы различных классов. В качестве примера на рис. 4 приведены данные по влиянию термической обработки на теплопроводность и электропроводность- сплава на никелевой основе ЭИ607. [c.124]
В зависимости от назначения к стали и сплаву могут предъявляться требования по коррозионной стойкости, магнитности или иемагиитности, значению коэффициента линейного расширения, теплопроводности, вакуум-плотности и т. д. [c.498]
Стали второй труппы Р6М5К5, Р18М5Ф2, легированные вольфрамом, молибденом, кобальтом и ванадием, применяют для обработки жаропрочных сталей и сплавов/выполнения черновых операций, в том числе фрезерования. Теплостойкость этих сталей составляет 630—640 °С, а теплопроводность в 1,5 раза выше, чем у сталей первой группы. Они способны воспринимать высокий уровень термомеханических нагрузок, возникающих при обработке титановых и жаропрочных сплавов при точении, фрезеровании, строгании. [c.574]
Наиболее общей особенностью всех видов сварки плавлением этих материалов является необходимость учета специфических физических свойств аустенитных сталей и сплавов — их пониженной теплопроводности, повышенного электросопротивления, высокого коэффициента термического расширения, большой литейной усадки, высокой прочности защитной поверхностной пленки и т. д. Особые физические свойства аустенитных сталей и сплавов предопределяют усиленное коробление их при сварке, склонность к перегреву в околошовной зоне, опасность появления несплав-лений и других дефектов. Они определяют и повышенную скорость расплавления сварочной проволоки. [c.296]
Ориентация на швы небольшого сечения предопределяет ис пользование при сварке под флюсом жаропрочных аустеннтны сталей и сплавов преимущественно тонкой проволокой, обычн( диаметром 2—3 мм. Чем тоньше проволока, как известно, тe меньше должен быть и вылет электрода. В связи с пониженно теплопроводностью и высоким электросопротивлением, аустенит пая проволока, при прочих равных условиях, плавится быстрв обычной стальной, т. е. обладает более высоким коэффициентог плавления. Поэтому обязательным условием сварки под флюсом как, впрочем, и других механизированных способов сварки i наплавки аустенитной проволокой, является уменьшение вылет электрода в 1,5—2 раза по сравнению с обычной стальной про волокой. При сварке аустенитной проволокой диаметром 1,6-2,0 мм вылет электрода не должен превышать соответственно 15— 20 мм. [c.312]
Необходимо отметить, что температура, возникающая в граничном слое стружки у поверхности контакта с передней гранью инструмента, находится в обратной зависимости не только от теплопроводности, характеризующей способность металла отводить тепло из высоконагретых мест в менее нагретые, но и от объемной теплоемкости обрабатьшаемого металла, характеризующей способность металла поглощать тепло. Однако для стали и сплавов на ферритной, аустенитной и хромоникелевой основах, объемная теплоемкость которых отличается сравнительно мало, способность металла повьппать свою температуру при прочих равных условиях в основном определяется теплопроводностью. Для других металлов, имеющих различную объемную теплоемкость, одной теплопроводности недостаточно, чтобы оценить способность повышать температуру. [c.262]
Проблема обеспечения размерной стабильности деталей приборов в настоящее время решается комплексно. Часть необходимых требований учитывается на стадии конструкторской разработки при выборе материала деталей и кои-структивных решений. При этом принимаются во внимание характерксгики раз-мервсй стабильности сталей и сплавов и практические рекомендации [14], соотношение коэффициентов термического линейного расширения и теплопроводности для контактирующих, а также дая жестко зафиксированных деталей, температурные условия эксплуатации и хранения приборов, возможность их термоста-тировапня и другие факторы. [c.686]
У бериллия очень высокие удельные прочность и жесткость. По этим характеристикам, особенно по удельной жесткости, Be значительно превосходит высокопрочные стали и сплавы на основе алюминия, магния, титана. Бериллий обладает большой скрытой теплотой плавления и очень высокой скрьггой теплотой испарения. Высокие тепловые и механические свойства позволяют использовать бериллий в качестве теплозащитных и конструкционных материалов космических летательных аппаратов (головные части ракет, тормозные устройства космических челноков, оболочки кабин космонавтов, камеры сгорания ракетных двигателей и т.д.). Высокая удельная жесткость в сочетании со стабильностью размеров, высокой теплопроводностью и др. свойствами дают возможность использовать бериллий при создании высокоточных приборов (детали инерциаль-ных систем навигации — гироскопов и др.). [c.115]
Резку лазером, работающем на углекислом газе, применяют для многих металлов, которые поглощают (абсорбируют) лазерное излучение и имеют относительно невысокую теплопроводность (стали, титановые сплавы и др.). Скорость резки обратно пропорциональна толщине материала, прямо пропорциональна мощности лазерного излучения. Применение лазерной резки наиболее эффективно для получения заготовок с контуром сложной формы из листов толщиной до 10 мм, резки труднообрабатываемых металлов. Возможны вырезы по контурам с малыми радиусами скруглення, острыми углами, узкими перемычками. [c.211]
Значителен износ задней поверхности с увеличением положительного переднего угла и у резцов с малыми задними углаг,1и. Он особенно заметен при грубой обработке хрупких металлов, в частности чугуна, а также вязких аустенитных сталей и сплавов, обладающих большим упругим последействием. В этом случае резание происходит с повышенной температурой вследствие слабой теплопроводности обоих металлов притом неровная поверхность резания, обладая значительными абразивными свойствами, способствует износу задней поверхности инструмента. [c.148]
В качестве катода были опробованы как тугоплавкие материалы и их соединения (W, Та, Мо, W-Ba, W-Re, W- u), так и материалы с высокой теплопроводностью (сталь, Си, сплав 29НК) и легкоплавкие (In, РЬ). Использовался также W-Ва-катод с косвенным накалом. Было отмечено, что в случае использования катода из таких материалов разряд горит преимущественно нестабильно может приобретать диффузную форму горения с большой поверхности и локализоваться в пятно размером около 1 мм. Материал катода не оказывал заметного влияния на газоразрядные характеристики и среднюю мощность излучения, но импульсная нестабильность практически всегда имела место. Лучшие результаты по повышению стабильности были получены с W-Ва-катодом при давлениях неона более 50 мм рт. ст., когда разряд локализовался в малое пятно (1-2 мм). Мощность излучения при косвенном подогреве W-Ва-катода (1150°С) не превышала мощности в случае холодного W-Ва-катода, но разряд горел стабильно. При этом для подогревателя катода требуется низковольтный источник питания, развязанный от высоковольтного напряжения на АЭ. Последнее конструкцию прибора усложняет. [c.47]
В общем случае основными отличиями ванадиевых и кобальтовых сталей являются следующие. Ванадиевые стали малотеплопроводны и поэтому инструменты из них применяются в тех случаях, когда температура резания не превышает 400° С. В этих условиях их износостойкость значительно выше, чем износостойкость инструментов из стали марок Р18 и Р6М5. Кобальтовые стали обладают высокой теплопроводностью, красностойкостью, и поэтому инструменты, изготовленные из них, применяются для черновой обработки при более высоких скоростях резания, в осо-feHHO TH сталей и сплавов аустенитного класса, обладающих низкой теплопроводностью. В этих случаях они по производительности значительно превосходят ванадиевые стали. [c.74]
Физические и механические свойства сталей и сплавов приведены в табл. 5 — 10. В таблицах обозначены у — плотность /.-теплопроводность а — коэффициент линейного расширения Ст — предел текучести Ов — временное сопротивление разрыву 5, — относительное удлинение а — ударная вязкость НВ — твердость по Брине.плю ф -относительное сужение о,, — разрушающее напряжение при статиче-ско 1 изгибе. [c.108]
Значение теплопроводности в строительстве — Информио
В холодную, дождливую, ветреную погоду мы всегда стремимся вернуться в теплый дом, где можно, сняв пальто, почувствовать себя в тепле и уюте. Наружные стены, окна, крыша (т.е. ограждающие конструкции) защищают наш дом от низких температур, сильного ветра, осадков в виде дождя и снега и других атмосферных воздействий. При этом они препятствуют прониканию тепла из внутреннего помещения наружу вследствие своего сопротивления теплопередаче. В зависимости от толщины материала конструкция может иметь различное сопротивление теплопередаче: чем больше толщина материала, тем лучшими теплозащитными свойствами обладает ограждение.
Тепло может передаваться разными способами: теплопроводностью, конвекцией, излучением.
В чистом виде теплопроводность наблюдается только в сплошных твердых телах. Тепло передается непосредственно через материал или от одного материала другому при их соприкосновении. Высокой теплопроводностью обладают плотные материалы — металл, железобетон, мрамор. Воздух имеет низкую теплопроводность. Поэтому через материалы с большим количеством замкнутых пор, заполненных воздухом, тепло передается плохо, и они могут использоваться как теплоизоляционные (семищелевой кирпич, пенобетон, вспененный полиуретан, пенопласт).
Конвекция характерна для жидких и газообразных сред, где перенос тепла происходит в результате движения молекул. Конвективный теплообмен наблюдается у поверхности стен при наличии температурного перепада между конструкцией и соприкасающимся с ней воздухом. В окнах жилых домов конвективный теплообмен происходит между поверхностями остекления, обращенными внутрь воздушной прослойки. Нагреваясь от внутреннего стекла, теплый воздух поднимается вверх. При соприкосновении с холодным наружным стеклом воздух отдает свое тепло и, охлаждаясь, опускается вниз. Такая циркуляция воздуха в воздушной прослойке обусловливает конвективный теплообмен. Чем больше разность температур поверхностей, тем интенсивнее теплообмен между ними.
Излучение происходит в газообразной среде путем передачи тепла с поверхности тела через пространство (в виде энергии электромагнитных волн). Благодаря лучистому теплообмену поверхность Земли обогревается Солнцем, находящимся от нее на расстоянии многих световых лет.
Аналогичным образом осуществляется передача тепла излучением между двумя поверхностями, расположенными в стене и разделенными воздушной прослойкой. Нагретая поверхность радиатора излучает тепло и обогревает помещение. Чем выше температура поверхности отопительного прибора, тем сильнее обогревается помещение.
Все тела, имеющие температуру выше абсолютного нуля, излучают тепло, которое частично отражается, частично поглощается. Если вся падающая на тело лучистая энергия отражается, то такое тело называется абсолютно белым. Если вся падающая энергия поглощается, то тело называется абсолютно черным.
Строительные материалы также частично отражают и частично поглощают энергию, хотя и в меньшей степени, чем абсолютное белое и абсолютно черное тела. Они называются серыми телами.
Светлая и гладкая поверхность отражает большую часть падающей энергии. Чем темнее и шершавее поверхность тела, тем больше энергии она поглощает. Поглощенная телом лучистая энергия превращается в тепловую и вызывает повышение температуры. Поэтому для уменьшения перегрева помещений верхнего этажа в летнее время целесообразно покрытие крыши делать из оцинкованной кровельной стали, а не из рубероида. Благодаря блестящей светлой поверхности сталь отражает значительную часть излучения и нагревается меньше, чем рубероид, имеющий темную поверхность и интенсивнее поглощающий лучистую энергию.
Утеплять помещения идеальнее всего на стадии его строительства.
Рисунок 1 — Приведенное сопротивление теплопередачи для различных конструкций стен.
Теплопроводность строительных материалов – это возможность через свою толщу проводить тепловой поток от одной поверхности к другой.Но это свойство действует лишь в том случае, если в изделии есть градиент потенциала переноса. Если мы имеем дело с пористыми веществами, на теплопроводность влияет характер пор, показатель пористости, вид вещественного состава изделия, температура и влажность.
Стоит отметить что у плотных материалов теплопроводность выше, чем у пористых, дело в том, что у последних тепловой поток может идти не только через поры, заполненные воздухом, но и через вещество изделия. Тепловой поток получает сопротивление из-за низкой теплопроводности воздуха. Но чем меньше размер пор, тем меньшую теплопроводность можно отметить у пористых материалов. А если присутствуют сообщающиеся большие поры, можно говорить об увеличении переноса теплоты движением воздуха. Таким образом, изделия, где есть сообщающиеся поры – отличаются большей теплопроводностью.
Некоторые нюансы вносит структура материалов и условия их теплопроводности. В частности, если при строительстве замечено увлажнение, в таком случае резко увеличивается теплопроводность изделий. Дело в том, что тепловой поток проходит быстрее и лучше, если поры заполнены водой.
Кроме того, особое влияние на теплопроводность оказывает структура материалов. Неодинаковые свойства у изделий со слоистым и волокнистым строением. К примеру, теплопроводность пола из деревянной торцовой шашки выше подобного образца из щитового и дощатого паркетного пола. Это объясняется тем, что у древесных материалов термическое сопротивление поперек вдвое больше, чем при направлении теплового потока вдоль волокон. Такие особенности зафиксированы и при работе со слоистыми искусственными изделиями.
Сейчас на рынке почти каждый день появляются все новые и новые виды утеплителей. Каждый из них обладает своими преимуществами и недостатками. Но, из самых популярных очень сложно выбрать нужный, потому что при сравнении выясняется, что один лучше другого. На самом деле универсального утеплителя не существует, и для каждой утепляемой части дома – стены, крыша, пол и так далее – нужно подбирать свой тип.
Выбор теплоизоляционных материалов (ТИМ), хороших для каждой конструкции дома, задачка не из легких: за последнее десятилетие на рынке их появилось неописуемое огромное количество.
Хорошо утеплить собственный дом можно только при всеохватывающем подходе к термоизоляции.Всеохватывающее утепление дома позволяет: уменьшить толщину ограждающих конструкций, повысить их теплоизоляционные свойства, понизить массу сооружений и расход стройматериалов, а в эксплуатационный период существенно уменьшить издержки на энергию при отоплении построек.
Строители подсчитали, что больше половины всего тепла из дома уходит через стенки и окна, при этом, чем больше площадь наружных поверхностей, тем выше будут теплоотдачи. Один из методов минимизировать их знаком всем дачникам: пристройка к дому веранды и других подсобных помещений. В прохладное время года они делают функцию буфера, защищающего внутренние комнаты от внешнего воздуха. Самое проблемное место в доме, исходя из убеждений теплопотерь это окна. Потому нужно верно избрать тип оконного блока и детали его установки, также направить внимание на сопряжение окон со стенками, толщину оконной коробки, размещение окна в плоскости стенки. Чтоб минимизировать утраты, можно установить окна с трехслойным остеклением в спаренных древесных рамах.
Фасад строения можно утеплить 3-мя методами: изнутри, снаружи и утеплением внутри стенки. Предпочтение, обычно, отдается системам внешнего утепления. Это, во-1-х, позволяет сохранить полезную площадь помещений, а, во-2-х, не заниматься устройством пароизоляции и воздушных зазоров, препятствующих конденсации пара. В качестве ТИМ для фасадного утепления можно с фурором использовать минеральную вату, стекловолокно, изделия из полистирола и др.
Такой метод утепления не только защитит дом от воздействий наружной среды и уменьшит эксплуатационные издержки на отопление, но и сделает лучше звукоизоляционные характеристики дома, также облагородит его внешний облик.
Не забывайте, что показатели теплопроводности очень важны при строительстве зданий. Ведь от грамотного изучения технических характеристик материалов зависят будущие расходы на отопление дома.
Библиографический список
- Физика: Учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования / В.Ф. Дмитриева.- 6-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2005.
- Строительные материалы и изделия: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования /Ю.Г. Барабанщиков. – 2-е изд., стер. — М.: Издательский центр «Академия», 2010.
- Технология и организация строительства: Г.К. Соколов. – 7-е изд., стер. — М.: Издательский центр «Академия», 2010.
Высокая теплопроводность — обзор
4.3.1 Состав стали и долговечность
Металлы с высокой теплопроводностью, такие как медь или алюминий, не могут использоваться для этого применения из-за их плохих механических свойств при высоких температурах и давлениях, необходимых для этого солнечное применение, поэтому обычно используется сталь.
Углеродистые и низколегированные нержавеющие стали имеют лучшую теплопроводность, чем высоколегированные аустенитные нержавеющие стали, и они дешевле, но эти стали имеют более низкую коррозионную стойкость, чем аустенитная нержавеющая сталь.
Углеродистая сталь марки P22 по ASTM 335 использовалась в установке DISS в PSA, с DSG с водой в качестве HTF, и наблюдались проблемы с коррозией из-за эрозии и кавитации, вызванной двухфазным потоком. Теперь в этой технологии производители используют аустенитную нержавеющую сталь AISI 316, чтобы гарантировать механическую устойчивость к высоким рабочим давлениям и радиальным температурным градиентам, возникающим при двухфазном потоке. Толщина ресивера увеличивается в зависимости от максимального рабочего давления (100 бар), что приводит к получению более толстой трубки (> 4.5 мм), что напрямую отражается на эффективном удорожании технологии [5].
Когда в качестве HTF используются синтетические масла и органические вещества, такие как системы дифенил / дифенилоксид, обычно используется аустенитная нержавеющая сталь AISI 321L из-за более низкой проницаемости для водорода по сравнению с другими аустенитными нержавеющими сталями. Диффузия водорода является основным недостатком этой технологии из-за термической деградации HTF, а высокие парциальные давления водорода достигаются в вакуумном кольцевом пространстве [21].Типичная толщина стенки составляет 2 мм.
В трубах приемника расплавленной соли обычно используется смесь солей NaNO 3 (60 мас.%) — KNO 3 (40 мас.%) (Солнечная соль) или смесь NaNO 3 (7 мас.%) — KNO 3 (53 мас.%) — NaNO 2 (40 мас.%) Соли (HITEC). В литературе есть несколько сообщений по вопросам коррозии этих расплавов солей с металлическими сплавами, и было обнаружено, что никелевые сплавы с содержанием хрома 15–20% показали лучшую коррозионную стойкость, тогда как сплавы железа с низким или почти нулевым содержанием никеля показали плохая коррозионная стойкость при высоких температурах [10, 15, 38].Следовательно, нержавеющая сталь AISI 321 обычно используется в трубках приемника расплавленной соли.
Другие материалы HTF, такие как перегретый пар [14] или охлажденные газы [24, 25], в настоящее время изучаются с целью повышения теплового КПД солнечной электростанции, и они открывают возможность снижения требований и стоимости металлических изделий. трубка, используемая в приемных трубках.
Маловероятный конкурент алмаза как лучшего проводника тепла
Маловероятный материал, кубический арсенид бора, мог бы обеспечить чрезвычайно высокую теплопроводность — на уровне отраслевого стандарта, установленного для дорогих алмазов, — сообщают исследователи в текущем выпуске журнала Physical Review Letters .
Открытие того, что химическое соединение бора и мышьяка может конкурировать с алмазом, самым известным проводником тепла, удивило команду физиков-теоретиков из Бостонского колледжа и Лаборатории морских исследований. Но новый теоретический подход позволил команде раскрыть секрет потенциально экстраординарной способности арсенида бора проводить тепло.
Меньшие, более быстрые и более мощные микроэлектронные устройства ставят перед собой непростую задачу отвода выделяемого тепла.Хорошие теплопроводники, находящиеся в контакте с такими устройствами, быстро отводят тепло от нежелательных «горячих точек», которые снижают эффективность этих устройств и могут привести к их выходу из строя.
Алмаз — самый ценный из драгоценных камней. Но, помимо блеска и красоты ювелирных изделий, он обладает множеством других замечательных свойств. Наряду со своими углеродными родственниками графитом и графеном, алмаз является лучшим проводником тепла при комнатной температуре, имея теплопроводность более 2000 Вт на метр на Кельвин, что в пять раз выше, чем у лучших металлов, таких как медь.В настоящее время алмаз широко используется для отвода тепла от компьютерных микросхем и других электронных устройств. К сожалению, алмазы редкие и дорогие, а производство высококачественных синтетических алмазов сложно и дорого. Это подтолкнуло к поиску новых материалов со сверхвысокой теплопроводностью, но в последние годы не было достигнуто большого прогресса.
По словам соавтора Дэвида Бройдо, профессора физики в Бостонском колледже, высокая теплопроводность алмаза хорошо известна благодаря легкости составляющих его атомов углерода и жестким химическим связям между ними.С другой стороны, не ожидалось, что арсенид бора будет особенно хорошим проводником тепла, и на самом деле, по оценкам — с использованием обычных критериев оценки — теплопроводность в 10 раз меньше, чем у алмаза.
Команда обнаружила, что расчетная теплопроводность кубического арсенида бора чрезвычайно высока, более 2000 Вт на метр на Кельвин при комнатной температуре и превышает теплопроводность алмаза при более высоких температурах, по словам Бройдо и соавторов Тома Райнеке, старшего научного сотрудника Лаборатория военно-морских исследований и Лукас Линдсей, научный сотрудник NRL, получивший докторскую степень в Британской Колумбии.
Броидо сказал, что команда использовала недавно разработанный теоретический подход для расчета теплопроводности, который они ранее тестировали со многими другими хорошо изученными материалами. Уверенные в своем теоретическом подходе, команда внимательно изучила арсенид бора, теплопроводность которого никогда не измерялась.
В отличие от металлов, в которых электроны переносят тепло, алмаз и арсенид бора являются электрическими изоляторами. Для них тепло переносится колебательными волнами составляющих атомов, и столкновение этих волн друг с другом создает внутреннее сопротивление тепловому потоку.Команда была удивлена, обнаружив необычное взаимодействие определенных вибрационных свойств в арсениде бора, которые выходят за рамки рекомендаций, обычно используемых для оценки теплопроводности электрических изоляторов. Оказывается, ожидаемые столкновения между колебательными волнами гораздо менее вероятны в определенном диапазоне частот. Таким образом, на этих частотах в арсениде бора может проводиться большое количество тепла.
«Эта работа дает новое важное представление о физике переноса тепла в материалах и демонстрирует возможности современных вычислительных методов для количественного прогнозирования материалов, теплопроводность которых еще предстоит измерить», — сказал Броидо.«Мы рады увидеть, можно ли подтвердить наши неожиданные открытия для арсенида бора путем измерения. Если это так, это может открыть новые возможности для применений в пассивном охлаждении с использованием арсенида бора, а также продемонстрирует важную роль, которую такая теоретическая работа может сыграть в дает полезные рекомендации по выявлению новых материалов с высокой теплопроводностью «.
Нанесение алмазных покрытий при более низких температурах расширяет возможности электронных устройств
Предоставлено Бостонский колледж
Ссылка : Маловероятный конкурент алмаза как лучшего проводника тепла (2013 г., 8 июля) получено 13 ноября 2021 г. с https: // физ.org / news / 2013-07-Competitor-diamond-therm-проводник.html
Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.
Потенциал арсенида бора для систем охлаждения — ScienceDaily
Маловероятный материал, кубический арсенид бора, мог бы обеспечить чрезвычайно высокую теплопроводность — на уровне отраслевого стандарта, установленного для дорогостоящих алмазов, — сообщают исследователи в текущем выпуске журнала. Письма о физических проверках .
Открытие того, что химическое соединение бора и мышьяка может конкурировать с алмазом, самым известным проводником тепла, удивило команду физиков-теоретиков из Бостонского колледжа и Лаборатории морских исследований. Но новый теоретический подход позволил команде раскрыть секрет потенциально экстраординарной способности арсенида бора проводить тепло.
Меньшие, более быстрые и более мощные микроэлектронные устройства ставят перед собой непростую задачу отвода выделяемого тепла.Хорошие теплопроводники, находящиеся в контакте с такими устройствами, быстро отводят тепло от нежелательных «горячих точек», которые снижают эффективность этих устройств и могут привести к их выходу из строя.
Алмаз — самый ценный из драгоценных камней. Но, помимо блеска и красоты ювелирных изделий, он обладает множеством других замечательных свойств. Наряду со своими углеродными родственниками графитом и графеном, алмаз является лучшим проводником тепла при комнатной температуре, имея теплопроводность более 2000 Вт на метр на Кельвин, что в пять раз выше, чем у лучших металлов, таких как медь.В настоящее время алмаз широко используется для отвода тепла от компьютерных микросхем и других электронных устройств. К сожалению, алмазы редкие и дорогие, а производство высококачественных синтетических алмазов сложно и дорого. Это подтолкнуло к поиску новых материалов со сверхвысокой теплопроводностью, но в последние годы не было достигнуто большого прогресса.
По словам соавтора Дэвида Бройдо, профессора физики в Бостонском колледже, высокая теплопроводность алмаза хорошо известна благодаря легкости составляющих его атомов углерода и жестким химическим связям между ними.С другой стороны, не ожидалось, что арсенид бора будет особенно хорошим проводником тепла, и на самом деле, по оценкам — с использованием обычных критериев оценки — теплопроводность в 10 раз меньше, чем у алмаза.
Команда обнаружила, что расчетная теплопроводность кубического арсенида бора чрезвычайно высока, более 2000 Вт на метр на Кельвин при комнатной температуре и превышает теплопроводность алмаза при более высоких температурах, по словам Бройдо и соавторов Тома Райнеке, старшего научного сотрудника Лаборатория военно-морских исследований и Лукас Линдсей, научный сотрудник NRL, получивший докторскую степень в Британской Колумбии.
Броидо сказал, что команда использовала недавно разработанный теоретический подход для расчета теплопроводности, который они ранее тестировали со многими другими хорошо изученными материалами. Уверенные в своем теоретическом подходе, команда внимательно изучила арсенид бора, теплопроводность которого никогда не измерялась.
В отличие от металлов, в которых электроны переносят тепло, алмаз и арсенид бора являются электрическими изоляторами. Для них тепло переносится колебательными волнами составляющих атомов, и столкновение этих волн друг с другом создает внутреннее сопротивление тепловому потоку.Команда была удивлена, обнаружив необычное взаимодействие определенных вибрационных свойств в арсениде бора, которые выходят за рамки рекомендаций, обычно используемых для оценки теплопроводности электрических изоляторов. Оказывается, ожидаемые столкновения между колебательными волнами гораздо менее вероятны в определенном диапазоне частот. Таким образом, на этих частотах в арсениде бора может проводиться большое количество тепла.
«Эта работа дает новое важное представление о физике переноса тепла в материалах и демонстрирует возможности современных вычислительных методов для количественного прогнозирования материалов, теплопроводность которых еще предстоит измерить», — сказал Броидо.«Мы рады увидеть, можно ли подтвердить наши неожиданные открытия для арсенида бора путем измерения. Если это так, это может открыть новые возможности для применений в пассивном охлаждении с использованием арсенида бора, а также продемонстрирует важную роль, которую такая теоретическая работа может сыграть в дает полезные рекомендации по выявлению новых материалов с высокой теплопроводностью «.
Исследование было поддержано Программой процессов теплового переноса Национального научного фонда, Управлением военно-морских исследований США и U.S. Министерство энергетики, Управление науки.
История Источник:
Материалы предоставлены Бостонским колледжем . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.
Что такое керамические материалы с высокой теплопроводностью?
Теплопроводность керамических материалов играет важную роль в их применении. В определенном диапазоне увеличение теплопроводности керамических материалов определенными методами улучшит их способность проводить теплопроводность, тепловую конвекцию и тепловое излучение, чтобы еще больше расширить область его применения.Керамические материалы с высокой теплопроводностью в основном состоят из оксидов, нитридов, карбидов и боридов, таких как поликристаллическая алмазная керамика, нитрид алюминия, оксид бериллия, нитрид кремния и карбид кремния.
Поликристаллический алмаз (PCD)
Diamond обладает высокой теплопроводностью. Теоретическое значение теплопроводности его монокристалла составляет 1642 Вт / м • К при комнатной температуре, а измеренное значение — 2000 Вт / м • К. Однако большой монокристалл алмаза сложно приготовить и он стоит дорого.В процессе спекания поликристаллического алмаза часто добавляют спекание СПИДа для улучшения связи между алмазными порошками и получения керамики PCD с высокой теплопроводностью. Однако помощник для спекания может катализировать карбонизацию алмазного порошка в процессе высокотемпературного спекания, так что поликристаллический алмаз больше не изолируется. Небольшой монокристалл алмаза часто добавляют в керамику с теплопроводностью в качестве армирующего материала для улучшения теплопроводности керамики.
Поликристаллическая алмазная керамика — это как технические материалы, так и новые функциональные материалы. В настоящее время поликристаллическая алмазная керамика широко используется в областях современной промышленности, национальной обороны, высоких и новых технологий благодаря своим превосходным механическим, термическим, химическим, акустическим, оптическим и электрическим свойствам.
Карбид кремния
В настоящее время карбид кремния (SiC) является активным теплопроводным керамическим материалом в стране и за рубежом.Теоретическая теплопроводность карбида кремния очень высока, достигая 270 Вт / м • К. Однако, поскольку отношение поверхностной энергии к межфазной энергии у керамических материалов SiC низкое, то есть энергия границ зерен высока, трудно получить высокочистую и плотную керамику SiC обычными методами спекания. При использовании традиционных методов спекания необходимо добавлять СПИД, а температура спекания должна быть выше 2050 ℃. Однако это условие спекания вызовет рост зерен SiC и значительно ухудшит механические свойства керамики SiC.
Керамика из карбида кремнияшироко используется в высокотемпературных подшипниках, пуленепробиваемых пластинах, соплах, высокотемпературных коррозионно-стойких деталях и высокотемпературном и высокочастотном диапазоне деталей электронного оборудования и других областях.
Нитрид кремния
Керамика из нитрида кремния (Si3N4)привлекает все больше внимания исследователей в стране и за рубежом благодаря своим превосходным свойствам, таким как высокая прочность, высокая термостойкость, хорошая изоляция, коррозионная стойкость и нетоксичность.Прочность связи, средняя атомная масса и ангармонические колебания керамики из нитрида кремния аналогичны таковым у SiC. Теоретическая теплопроводность кристаллов нитрида кремния составляет 200 ~ 320 Вт / м • К. Однако, поскольку структура Si3N4 более сложная, чем структура нитрида алюминия (AlN), и рассеяние фононов больше, теплопроводность спеченной керамики Si3N4 намного ниже, чем у монокристалла Si3N4 в настоящем исследовании, что также ограничивает его масштабное продвижение и применение.
Оксид бериллия
Оксид бериллия (BeO) относится к гексагональной структуре вюрцита с небольшим расстоянием между атомами Be и атомами O, небольшой средней атомной массой и плотным скоплением атомов, что соответствует условиям модели Slack с
высокая теплопроводность монокристалла. В 1971 году Слэк и Ауатерман проверили теплопроводность керамики BeO и большого монокристалла BeO и подсчитали, что теплопроводность большого монокристалла BeO может достигать 370 Вт / м · К.В настоящее время теплопроводность приготовленной керамики BeO может достигать 280 Вт / м • К, что в 10 раз выше, чем у керамики из оксида алюминия (Al2O3).
Оксид бериллия широко используется в аэрокосмической, ядерной энергетике, металлургическом машиностроении, электронной промышленности, ракетостроении и т. Д. BeO широко используется в качестве несущих частей и узлов в схемах преобразования авионики, а также в системах авиационной и спутниковой связи; Керамика BeO обладает особенно высокой термостойкостью и может использоваться в пожарных трубах реактивных самолетов; пластина из ВеО с металлическим покрытием использована в системе управления приводным устройством самолета; Ford и General Motors используют накладки из оксида бериллия с металлическим напылением в системах зажигания автомобилей; BeO обладают хорошей теплопроводностью и легко поддаются миниатюризации, поэтому имеют широкие перспективы применения в области лазеров.Например, BeO-лазер имеет более высокий КПД и большую выходную мощность, чем кварцевый лазер.
Нитрид алюминия (AlN)
Керамика из нитрида алюминия является наиболее широко используемым материалом с высокой теплопроводностью. Теоретическая теплопроводность монокристалла нитрида алюминия может достигать 3200 Вт / м • К. Однако из-за неизбежных примесей и дефектов в процессе спекания эти примеси вызывают различные дефекты в решетке AlN, которые уменьшают среднюю свободу фононов и, таким образом, значительно снижают их теплопроводность.Помимо влияния дефектов решетки AlN на теплопроводность, размер зерен, морфологию, а также содержание и распределение второй фазы границы зерен также имеют важное влияние на теплопроводность керамики AlN. Чем больше размер зерна, тем больше средняя свобода фононов и выше теплопроводность спеченной керамики AlN.
Как типичный ковалентный комплекс, нитрид алюминия имеет высокую температуру плавления, низкий коэффициент самодиффузии атомов и высокую энергию границ зерен во время спекания.Поэтому трудно производить керамику AlN высокой чистоты обычными методами спекания. Кроме того, добавление соответствующего ожога СПИДа также может реагировать с кислородом в решетке с образованием второй фазы, очищать решетку AlN и улучшать теплопроводность.
Обычными добавками для спекания керамики AlN являются оксид иттрия (Y2O3), карбонат кальция (CaCO3), фторид кальция (CaF2), фторид иттербия (YF3) и т.д. спекание СПИДа в стране и за рубежом, а также керамика AlN с высокой теплопроводностью примерно до 200 Вт / м • К.Однако стоимость производства керамики AlN высока из-за длительного времени спекания, высокой температуры спекания и цены на высококачественный порошок AlN.
Высокая теплопроводность в смесях аморфных полимеров за счет искусственных межцепочечных взаимодействий
Чанда, М. и Рой, С. К. Руководство по технологиям пластмасс 4-е изд. (CRC Press / Taylor Francis Group, 2007).
Google ученый
Мамуня, Ю.П., Давыденко В. В., Писсис П., Лебедев Е. Электропроводность и теплопроводность полимеров, наполненных металлическими порошками. Eur. Polym. J. 38 , 1887–1897 (2002).
CAS Статья Google ученый
Вонг, К. П. и Боллампалли, Р. С. Теплопроводность, модуль упругости и коэффициент теплового расширения полимерных композитов, наполненных керамическими частицами, для электронных упаковок. Дж.Прил. Polym. Sci. 74 , 3396–3403 (1999).
CAS Статья Google ученый
Шен, С., Генри, А., Тонг, Дж., Чжэн, Р. Т., Чен, Г. Полиэтиленовые нановолокна с очень высокой теплопроводностью. Nature Nanotech. 5 , 251–255 (2010).
CAS Статья Google ученый
Singh, V. et al. Высокая теплопроводность цепочечного аморфного политиофена. Nature Nanotech. 9 , 384–390 (2014).
CAS Статья Google ученый
Ван Х. Дж., Хо В., Сегалман Р. А. и Кэхилл Д. Г. Теплопроводность высокомодульных полимерных волокон. Макромолекулы 46 , 4937–4943 (2013).
CAS Статья Google ученый
Курабаяши К., Ашеги М., Тузельбаев, М., Гудсон, К. Э. Измерение анизотропии теплопроводности в полиимидных пленках. J. Microelectromech. Syst. 8 , 180–191 (1999).
CAS Статья Google ученый
Чой, К. Л. Теплопроводность полимеров. Полимер 18 , 984–1004 (1977).
CAS Статья Google ученый
Аллен П.Б., Фельдман, Дж. Л., Фабиан, Дж. И Вутен, Ф. Диффузоны, локоны и пропагоны: характер атомных колебаний в аморфном Si. Phil. Mag. B 79 , 1715–1731 (1999).
CAS Статья Google ученый
Hsieh, W. P. et al. Тестирование модели минимальной теплопроводности аморфных полимеров под высоким давлением. Phys. Ред. B 83 , 174205 (2011).
Артикул Google ученый
Шеногин, С., Бодапати, А., Кеблински, П. и МакГоги, А. Дж. Х. Прогнозирование теплопроводности неорганических и полимерных стекол: роль ангармонизма. J. Appl. Phys. 105 , 034906 (2009).
Артикул Google ученый
Regner, K. T. et al. Вклады широкополосных фононов в среднюю длину свободного пробега в теплопроводность, измеренные с использованием термоотражения в частотной области. Nature Commun. 4 , 1640 (2013).
Артикул Google ученый
O’Brien, P.J. et al. Повышение теплопроводности на неорганических гетерограницах за счет связывания с использованием наномолекулярных монослоев. Nature Mater. 12 , 118–122 (2013).
Артикул Google ученый
Ямамото, О. и Камбэ, Х. Теплопроводность сшитых полимеров — сравнение измеренных и рассчитанных значений теплопроводности. Polym. J. 2 , 623–628 (1971).
CAS Статья Google ученый
Марк, Дж. Э. . Справочник по физическим свойствам полимеров (AIP Press, 1996).
Google ученый
Штайнер Т. Водородная связь в твердом состоянии. Angew. Chem. Int. Эд. 41 , 48–76 (2002).
CAS Статья Google ученый
Утраки Л.A. Справочник по полимерным смесям (Kluwer Academic Publishers, 2002).
Google ученый
Кунал, К., Робертсон, К. Г., Павлус, С., Хан, С. Ф. и Соколов, А. П. Роль химической структуры в хрупкости полимеров: качественная картина. Макромолекулы 41 , 7232–7238 (2008).
CAS Статья Google ученый
Коулман М.M. & Painter, P. C. Смеси водородно-связанных полимеров. Прог. Polym. Sci. 20 , 1–59 (1995).
CAS Статья Google ученый
Лин, А. А., Квей, Т. К. и Райзер, А. О физическом смысле уравнения Квэя для температуры стеклования смесей полимеров. Макромолекулы 22 , 4112–4119 (1989).
CAS Статья Google ученый
Ли, С.М. и Кэхилл, Д. Г. Перенос тепла в тонких диэлектрических пленках. J. Appl. Phys. 81 , 2590–2595 (1997).
CAS Статья Google ученый
Borca-Tasciuc, T., Kumar, A. R. & Chen, G. Обработка данных в методе 3 ω для определения теплопроводности тонких пленок. Rev. Sci. Instrum. 72 , 2139–2147 (2001).
CAS Статья Google ученый
Джин Ю.С., Шао, К., Киффер, Дж., Пайп, К. П. и Штейн, М. Происхождение теплопроводности границ раздела с органическими полупроводниками. J. Appl. Phys. 112 , 093503 (2012).
Артикул Google ученый
Koh, Y. K. et al. Сравнение метода 3 ω и термоотражения во временной области для измерения поперечной теплопроводности эпитаксиальных полупроводников. Дж.Прил. Phys. 105 , 054303 (2009).
Артикул Google ученый
Кикугава Г., Десаи Т. Г., Кеблински П. и Охара Т. Влияние образования поперечных связей на теплопроводность в аморфных полимерах. J. Appl. Phys. 114 , 034302 (2013).
Артикул Google ученый
Лосего, М. Д., Мох, Л., Арпин, К. А., Кэхилл, Д. Г. и Браун, П. В. Межфазная теплопроводность в фильмах из формованного полимера и полимерных щетках. Заявл. Phys. Lett. 97 , 011908 (2010).
Артикул Google ученый
Jin, Y. et al. Термическое граничное сопротивление границы раздела фталоцианин меди – металл. Заявл. Phys. Lett. 98 , 093305 (2011).
Артикул Google ученый
Лю Дж., Джу, С. Х., Динг, Ю. Ф. и Янг, Р. Г. Влияние размера на теплопроводность ультратонких пленок полистирола. Заявл. Phys. Lett. 104 , 153110 (2014).
Артикул Google ученый
Стауффер Д. и Ахарони А. Введение в теорию перколяции 2-е изд. (Тейлор и Фрэнсис, 1992).
Google ученый
Ронг, W.Р., Фан, З. Ю., Ю., Ю., Бу, Х. С. и Ван, М. Влияние зацеплений на стеклование атактического полистирола. J. Polym. Sci. Часть B 43 , 2243–2251 (2005).
CAS Статья Google ученый
Лемстра, П. Дж. И Кляйнтьенс, Л. А. Интеграция фундаментальной науки и технологии полимеров-2 222–226 (Elsevier Applied Science, 1988).
Забронировать Google ученый
Магонов, С.N., Elings, V. & Whangbo, M.H. Фазовое изображение и жесткость в атомно-силовой микроскопии в режиме постукивания. Surf. Sci. 375 , L385 – L391 (1997).
CAS Статья Google ученый
Podsiadlo, P. et al. Сверхпрочные и жесткие слоистые полимерные нанокомпозиты. Наука 318 , 80–83 (2007).
CAS Статья Google ученый
Андервуд, W.М. и Тейлор, Дж. Р. Теплопроводность некоторых пластиков, определенная с помощью усовершенствованного устройства с линейным источником. Polym. Англ. Sci. 18 , 556–563 (1978).
CAS Статья Google ученый
Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.
Настройка вашего браузера для приема файлов cookie
Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:
- В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
- Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
- Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
- Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
- Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.
Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.
Что сохраняется в файле cookie?
Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.
Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.
Состояния с высокой теплопроводностью и повышенная добротность в ориентированных полимерных термоэлектрических материалах
Контроль морфологии полимерных термоэлектрических материалов имеет решающее значение для их рабочих характеристик.В данной работе исследуются высокоориентированные полимерные термоэлектрические материалы, полученные механическим трением. Мы наблюдаем замечательный диапазон состояний теплопроводности от <0,2 Вт · м −1 K −1 до> 1 Вт · м −1 K −1 при сравнении измерений, проведенных параллельно. и перпендикулярно направлению ориентации цепи и в изотропных пленках. Наномеханический анализ показывает, что пленки с высокой теплопроводностью более жесткие, но это не полностью объясняет увеличение теплопроводности.Основные морфологии материалов изучаются с помощью электронной дифракции и рамановской спектроскопии и соотносятся с электронным и тепловым транспортными состояниями. Несмотря на открытие состояний с высокой теплопроводностью, механическое трение приводит к увеличению коэффициента мощности вдоль направления трения, которое намного перевешивает увеличение теплопроводности, что приводит к 25-кратному улучшению термоэлектрической добротности ZT по сравнению с к изотропным легированным пленкам.
У вас есть доступ к этой статье
Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуйте снова? .