Теплопроводность графита и меди

Теплопроводность металлов

Все изделия, используемые человеком, способны передавать и сохранять температуру прикасаемого к ним предмета или окружающей среды. Способность отдачи тепла одного тела другому зависит от вида материала, через который проходит процесс. Свойства металлов позволяют передавать тепло от одного предмета другому, с определенными изменениями, в зависимости от структуры и размера металлической конструкции. Теплопроводность металлов — один из параметров, определяющих их эксплуатационные возможности.

Что такое теплопроводность и для чего нужна

Процесс переноса энергии атомов и молекул от горячих предметов к изделиям с холодной температурой, осуществляется при хаотическом перемещении движущихся частиц. Такой обмен тепла зависит от агрегатного состояния металла, через который проходит передача. В зависимости от химического состава материала, теплопроводность будет иметь различные характеристики. Данный процесс называют теплопроводностью, он заключается в передаче атомами и молекулами кинетической энергии, определяющей нагрев металлического изделия при взаимодействии этих частиц, или передается от более теплой части – к той, которая меньше нагрета.

Способность передавать или сохранять тепловую энергию, позволяет использовать свойства металлов для достижения необходимых технических целей в работе различных узлов и агрегатов оборудования, используемого в народном хозяйстве. Примером такого применения может быть паяльник, нагревающийся в средней части и передающий тепло на край рабочего стержня, которым выполняют пайку необходимых элементов. Зная свойства теплопроводности, металлы применяют во всех отраслях промышленности, используя необходимый параметр по назначению.

Понятие термического сопротивления и коэффициента теплопроводности

Если теплопроводность характеризует способность металлов передавать температуру тел от одной поверхности к иной, то термическое сопротивление показывает обратную зависимость, т.е. возможность металлов препятствовать такой передаче, иначе выражаясь, – сопротивляться. Высоким термическим сопротивлением обладает воздух. Именно он, больше всего, препятствует передаче тепла между телами.

Количественную характеристику изменения температуры единицы площади за единицу времени на один градус (К), называют коэффициентом теплопроводности. Международной системой единиц принято измерять этот параметр в Вт/м*град. Эта характеристика очень важна при выборе металлических изделий, которые должны передавать тепло от одного тела к другому.

Коэффициент теплопроводности металлов при температура, °С

От чего зависит показатель теплопроводности

Изучая способность передачи тепла металлическими изделиями выявлено, что теплопроводность зависит от:

• вида металла;
• химического состава;
• пористости;
• размеров.

Металлы имеют различное строение кристаллической решетки, а это может изменить теплопроводность материала. Так, например, у стали и алюминия, особенности строения микрочастиц влияют по-разному на скорость передачи тепловой энергии через них.

Коэффициент теплопроводности может иметь различные значения для одного и того же металла при изменении температуры воздействия. Это связано с тем, что у разных металлов градус плавления отличается, а значит, при других параметрах окружающей среды, свойства материалов также будут отличаться, а это отразится на теплопроводности.

Методы измерения

Для измерения теплопроводности металлов используют два метода: стационарный и нестационарный. Первый характеризуется достижением постоянной величины изменившейся температуры на контролируемой поверхности, а второй – при частичном изменении таковой.

Стационарное измерение проводится опытным путем, требует большого количества времени, а также применения исследуемого металла в виде заготовок правильной формы, с плоскими поверхностями. Образец располагают между нагретой и охлажденной поверхностью, а после прикосновения плоскостей, измеряют время, за которое заготовка может увеличить температуру прохладной опоры на один градус по Кельвину. Когда рассчитывают теплопроводность, обязательно учитывают размеры исследуемого образца.

Нестационарную методику исследований используют в редких случаях из-за того, что результат, зачастую, бывает необъективным. В наши дни никто, кроме ученых, не занимается измерением коэффициента, все используют, давно выведенные опытным путем, значения для различных материалов. Это обусловлено постоянством данного параметра при сохранении химического состава изделия.

Теплопроводность стали, меди, алюминия, никеля и их сплавов

Обычное железо и цветные металлы имеют разное строение молекул и атомов. Это позволяет им отличаться друг от друга не только механическими, но и свойствами теплопроводности, что, в свою очередь, влияет на применение тех или иных металлов в различных отраслях хозяйства.

Сталь имеет коэффициент теплопроводности, при температуре окружающей среды 0 град. (С), равный 63, а при увеличении градуса до 600, он снижается до 21 Вт/м*град. Алюминий, в таких же условиях, наоборот – увеличит значение от 202 до 422 Вт/м*град. Сплавы из алюминия, будут также повышать теплопроводность, по мере увеличения температуры. Только величина коэффициента будет на порядок ниже, в зависимости от количества примесей, и колебаться в пределах от 100 до 180 единиц.

Медь, при изменении температуры в тех же пределах, будет уменьшать теплопроводность от 393 до 354 Вт/м*град. При этом, медь содержащие сплавы латуни будут иметь такие же свойства, как и алюминиевые, а значение теплопроводности будет изменяться от 100 до 200 единиц, в зависимости от количества цинка и других примесей в составе сплава латуни.

Коэффициент теплопроводности чистого никеля считается низким, он будет менять свое значение от 67 до 57 Вт/м*град. Сплавы с содержанием никеля, будут также иметь коэффициент с пониженным значением, который, благодаря содержанию железа и цинка, колеблется от 20 до 50 Вт/м*град. А наличие хрома, позволит понизить теплопроводность в металлах до 12 единиц, с небольшим увеличением этой величины, при нагреве.

Применение

Агрегатное состояние материалов имеет отличительную структуру строения молекул и атомов. Именно это оказывает большое влияние на металлические изделия и их свойства, в зависимости от назначения.

Отличающийся химический состав узлов и деталей из железа, позволяет обладать различной теплопроводностью. Это связано со структурой таких металлов как чугун, сталь, медь и алюминий. Пористость чугунных изделий способствует медленному нагреванию, а плотность медной структуры – наоборот, ускоряет процесс теплоотдачи. Эти свойства используют для быстрого отвода тепла или постепенного нагревания продукции инертного назначения. Примером использования свойств металлических изделий является:

• кухонная посуда с различными свойствами;
• оборудование для пайки труб;
• утюги;
• подшипники качения и скольжения;
• сантехническое оборудование для подогрева воды;
• приборы отопления.

Медные трубки широко используют в радиаторах автомобильных систем охлаждения и кондиционеров, применяемых в быту. Чугунные батареи сохраняют тепло в квартире, даже при непостоянной подаче теплоносителя требуемой температуры. А радиаторы из алюминия, способствуют быстрой передаче тепла отапливаемому помещению.

При возникновении высокой температуры, в результате трения металлических поверхностей, также важно учитывать теплопроводность изделия. В любом редукторе или другом механическом оборудовании, способность отводить тепло, позволит деталям механизма сохранить прочность и не быть подвергнутыми разрушению, в процессе эксплуатации. Знание свойств теплопередачи различных материалов, позволит грамотно применить те или иные сплавы из цветных или черных металлов.

Основные свойства природного графита

Графиты — вещества серого цвета с металлическим блеском, аморфного, кристаллического, или волокнистого сложения, жирные на ощупь, удельный вес от 1,9 до 2,6. По внешнему виду графит, имеет металлический свинцово-серый цвет, колеблющейся от серебристого до черного, с характерным жирным блеском.
Поэтому потребители зачастую называют явнокристаллические графиты серебристыми, а скрытокристаллические — черными.

На ощупь графит жирен и отлично пачкается. На поверхностях он легко дает черту от серебристого до черной, блестящей. Графит отличается способностью прилипать к твердым поверхностям, что позволяет создавать тонкие пленки при натирании им поверхностей твердых тел.

Графит представляет собой алоторопную форму углерода, которая характеризуется определенной кристаллической структурой, имеющей своеобразное строение.

В зависимости от структурного строения графиты делятся на:

• явнокристаллические,
• скрытокристаллические,
• графитоиды,
• высокодисперсные графитовые материалы, обычно называемые углями.
  В свою очередь, явнокристаллические графиты по величине и структуре кристаллов делятся на:
• плотнокристаллические (Боготольское месторождение графита),
• чешуйчатые (Тайгинское месторождение графита).

В чешуйчатых графитах кристаллы имеют форму пластинок или листочков. Чешуйки их жирные, пластичные и имеют металлический блеск.

Важнейшие свойства графита

Электрические свойства

Электропроводность графита в 2,5 раза больше электропроводности ртути. При температуре 0 град. удельное сопротивление электрическому току находится в пределах от 0,390 до 0,602 ом. Низкий предел удельного сопротивления для всех видов графита одинаков и равен 0,0075 ом.

Термические свойства

Графит обладает большое теплопроводностью, которая равняется 3,55вт*град/см и занимает место между палладием и платиной.

Коэффициент теплопроводности 0,041( в 5 раз больше, чем у кирпича). У тонких графитовых нитей теплопроводность выше, чем у медных.
Температура плавления графита — 3845-3890 С при давлении от 1, до 0,9 атм.
Точка кипения доходит до 4200 С.
Температура воспламенения в струе кислорода составляет для явнокристаллических графитов 700-730С. Количество тепла, получаемого при сжигании графита, находится в пределах от 7832 до 7856 ккал.

Магнитные свойства

Графит считается диамагнитным.

Растворимость графита

Химически инертен и не растворяется ни в каких растворителях, кроме расплавленных металлов, особенно тех, у которых высокая точка плавления. При растворении образуются карбиды, наиболее важными свойствами которых являются карбиды вольфрама, титана, железа, кальция и бора.
При обычных температурах графит соединяется с другими веществами весьма трудно, но при высоких температурах он дает химические соединения со многими элементами.

Упругость графита

Графит не обладает эластичностью, но тем не менее он может быть подвергнут резанию и изгибанию. Графитовая проволока легко сгибается и закручивается в спираль, а при вальцевании дает удлинение около 10%. Сопротивление на разрыв такой проволоки равно 2 кг/мм 2 , а модуль изгиба равен 836 кг/мм2.

Оптические свойства

Коэффициент светопоглощения графита постоянен для всего спектра и не зависит от температуры лучеиспускания тела; для тонких графитовых нитей он равен 0,77, с увеличением кристаллов графита светопоглащение уже находится в пределах 0,52-0,55.

Жирность и пластичность графита являются важнейшими свойствами, которые дают возможность широко применять его в промышленности. Чем выше жирность графита, тем меньше коэффициент трения. От жирности графита зависит использование его в качестве смазочного материала, а также способность прилипания к твердым поверхностям.

Благодаря этим свойствам имеется возможность создавать тонкие пленки при натирании графитом поверхности твердых тел.

Низкий коэффициент теплового расширения графита и связанная с этим высокая стойкость к температурным напряжениям, является решающим фактором применения его, как важного и незаменимого вспомогательного материала в металлообрабатывающей, чугунолитейной и сталелитейной промышленности, т.е. всюду, где рабочие поверхности должны предохраняться от прямого воздействия расплавленного металла. Важным преимуществом при таком использовании является также его несмачиваемость, полностью восстановленными металлами и нейтральными шлаками, прочность при высоких температурах. Применение графита при отливе деталей повышает качество отливов, уменьшает количество брака, и предупреждает образование пригара, на удаление которого требуется большие усилия и затраты.

Сырые литейные формы и стержни покрываются слоем сухого графитового порошка. Чистый графит имеет низкий коэффициент поглощения нейтронов и самый высокий коэффициент замедления, благодаря чему он незаменим в атомных реакторах. Без графитовых электродов немыслимо развитие черной и цветной, химической промышленности.

Графит прекрасный футеровочный материал электролизеров для получения алюминия. Углеродосодержащие материалы применяются для строительства электропечей и других тепловых агрегатов.

Из графита готовятся тигли, лодочки для производства сверхтвердых сплавов.
В химической промышленности материалы из графита незаменимы для производства теплообменников, работающих в агрессивных средах.

А так же для изготовления нагревателей, конденсаторов, испарителей, холодильников, скрубберов, дистилляционных колонн, форсунок, сопел, кранов, деталей для насосов, фильтров.
Отечественная промышленность в большом ассортименте выпускает графитовые электрощетки для различных электрических машин, электрические осветительные угли для прожекторов и для демонстрации и съемок кинофильмов, элементные — гальванических батарей, сварочные и для спектрального анализа, изделия для электровакуумной техники и техники связи.

В машиностроении графит используется как антифрикционный материал для подшипников, колец трения, торцевых и поршневых уплотнений, подпятников.

Теплопроводность графита и меди

text-align:center;line-height:normal»>
«За статью проголосовало 559 человек»

text-align:center;line-height:normal»>
ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ГРАФИТОВОГО ЭЛЕКТРОДА

text-align:right;line-height:normal»>
Кузьменко Никита Андреевич

text-align:right;line-height:normal»>
Самофалов Дмитрий Сергеевич

text-align:right;line-height:normal»>
Акульшина Ирина Игоревна

text-align:right;line-height:normal»>
студенты кафедры ММ СТИ НИТУ МИСиС, РФ, г. Старый Оскол

text-align:right;line-height:normal»>
Тимофеева Анна Стефановна

text-align:right;line-height:normal»>
научный руководитель, канд. техн. наук, доцент каф. ММ СТИ НИТУ МИСиС, РФ, г. Старый Оскол

justify;text-indent:1.0cm;line-height:150%»>
В настоящее время имеет широкое распространение такая отрасль промышленности как электрометаллургия. Одним из агрегатов, выплавляющим сталь является дуговая сталеплавильная печь. Доля выплавленной в мире электростали с каждым годом возрастает. Рост связан как с увеличением количества печей так и с их вместимостью. Расплавление шихты в этом металлургическом агрегате происходит за счет электрической энергии, которая подается на электроды, находящиеся в рабочем пространстве печи. При прохождении по электродам тока между ними возникает дуговой разряд. Электрическая дуга горит непрерывно в процессе плавки и имеет температуру порядка 6000 °С [1, с. 442] в виду чего выделяется большое количество тепла в рабочее пространство печи и происходит расплавление шихтовых материалов. Работа электродов происходит в тяжелейших условиях высоких температур. Поэтому в электропечах применяют неметаллические графитовые электроды.

justify;text-indent:1.0cm;line-height:150%»>
Графитовые электроды имеют цилиндрическую форму. Их получают путем спекания смеси из пекового кокса, термоантрацита, коксика, графитированных отходов, каменноугольного пека и каменноугольной смолы с последующей графитизацией при температуре 2700—2900 ◦ С в течение 100 и более часов, после чего они приобретают необходимые свойства которые являются различными у разных электродов.

justify;text-indent:1.0cm;line-height:150%»>
К графитовым электродам предъявляются следующие требования:

justify;text-indent:1.0cm;line-height:150%»>
1. Низкая теплопроводность.

justify;text-indent:1.0cm;line-height:150%»>
Коэффициент теплопроводности λ (Вт/(м∙К)) является физическим параметром, характеризующим способность тела проводить теплоту или интенсивность переноса теплопроводности в веществе и в общем случае зависит от температуры, количества подводимого или отводимого теплоты, давления, пористости, влажности и рода вещества. Значения коэффициента теплопроводности вещества необходимо для аналитического описания процесса теплопроводности в нем.

justify;text-indent:1.0cm;line-height:150%»>
Нами были выточены из остатков, действующих на производстве электродов экспериментальные графитовые электроды длиной 200мм и диаметром 35мм (рис. 1).

text-align:center;line-height:150%»>

text-align:center;line-height:normal»>
Рисунок 1. Экспериментальные электроды для определения свойств графита

justify;text-indent:1.0cm;line-height:150%»>
Определение теплопроводности проводилось с использованием метода динамического λ — калориметра на приборе ИТ- λ-400 (рис. 2).

text-align:center;line-height:150%»>

text-align:center;line-height:normal»>
Рисунок 2. Прибор для измерения теплопроводности ИТ-λ-400

justify;text-indent:1.0cm;line-height:150%»>
В основе работы прибора лежит процесс монотонного нагрева образца и фиксации перепада температуры.

line-height:150%»>
В данной работе исследовали влияние температуры (от 25 0 С до 225 0 С) графита на электропроводность. Для определения теплопроводности и теплоемкости изготовлены цилиндрики из графита (по инструкции к прибору) размерами: H=8 мм D=15 мм.

justify;text-indent:1.0cm;line-height:150%»>
Для определения тепловой проводимости тепломера К_т провели серию экспериментов с образцом из стекла из кварца марки КВ ГОСТ 15130-69 и определили проводимость по следующей формуле:

text-align:right;text-indent:1.0cm;line-height:150%»>
(1)

justify;line-height:150%»>
где: П — перепад температуры на образце, мкВ;

justify;text-indent:1.0cm;line-height:150%»>
П_т — перепад температуры на рабочем слое тепломера,

justify;text-indent:1.0cm;line-height:150%»>
мкВ;λ_кв — коэффициент теплопроводности образца из кварца,

justify;text-indent:1.0cm;line-height:150%»>
Вт/(м·К); h_кв — высота образца из кварца, м;

justify;text-indent:1.0cm;line-height:150%»>
S — площадь контакта,

justify;text-indent:1.0cm;line-height:150%»>
м;σ_с — поправка учитывающая теплоемкость испытуемого образца, рассчитываемая по формуле 2.

text-align:right;text-indent:1.0cm;line-height:150%»>
(2)

justify;line-height:150%»>
где: С — полная теплоемкость испытуемого образца из кварца, Дж/К;

justify;text-indent:1.0cm;line-height:150%»>
С_с— полная теплоемкость стержня тепломера

justify;text-indent:1.0cm;line-height:150%»>
Данные, полученные при измерении приведены в таблице 1.

justify;text-indent:1.0cm;line-height:150%»>
Зная тепловую проводимость тепломера, можно провести расчет теплового сопротивления тепломера R_к. При определении теплового сопротивления провели ряд экспериментов с образцом из меди. Расчет проводили по формуле 3:

text-align:right;text-indent:1.0cm;line-height:150%»>
(3)

justify;line-height:150%»>
где: П — перепад температуры на образце, мкВ;

justify;text-indent:1.0cm;line-height:150%»>
П_т — перепад температуры на рабочем слое тепломера, мкВ;

justify;text-indent:1.0cm;line-height:150%»>
λ_м — коэффициент теплопроводности образца из меди, Вт/(м·К);

justify;text-indent:1.0cm;line-height:150%»>
h_м — высота образца из меди, м;

justify;text-indent:1.0cm;line-height:150%»>
S — площадь контакта, м;

justify;text-indent:1.0cm;line-height:150%»>
σ_с — поправка учитывающая теплоемкость испытуемого образца, рассчитываемая по формуле 2;

justify;text-indent:1.0cm;line-height:150%»>
К_т— тепловая проводимость тепломера рассчитанная по формуле 1.

text-align:center;line-height:normal»>
Определение тепловой проводимости тепломера К_Т

text-align:center;line-height:normal»>
П, мкВ

text-align:center;line-height:normal»>
П_t, мкВ

text-align:center;line-height:normal»>
λ_кв, Вт/(м·К)

text-align:center;line-height:normal»>
С(t), Дж/(кг·К)

text-align:center;line-height:normal»>
С_м(t), Вт/(кг·К)

Теплопроводность стали и других сплавов: меди, латуни и алюминия, теплопередача

Таким образом, если радиаторы одинаковые по размерам и форме, то выполненный из меди будет в 3,31 раза тяжелее, его теплоемкость будет примерно в 1.44 раз больше чем у алюминиевого. Следовательно, при одинаковой нагрузке медный радиатор нагреется в 1.44 раза меньше. При большей разнице температур между процессорным ядром и радиатором теплообмен проходит эффективнее, следовательно, медный радиатор лучше. Но на практике, я заменил медный радиатор на алюминиевый и выиграл. Почему? В данном случае я заменил небольшой, но тяжелый радиатор от Thermaltake Volcano 10, с частыми тонкими ребрами, на вдвое больший радиатор от Titan D5TB/Cu35 с достаточно редкими и толстыми ребрами. Масса радиаторов примерно равна, поэтому теплоемкость алюминиевого радиатора будет больше. Следовательно, нагреваться он будет дольше. Кроме того, сопротивление воздушному потоку меньше из-за большей ширины каналов. Следовательно, через алюминиевый радиатор проходит большее количество воздуха, и он (воздух) забирает больше тепла. Тепловой баланс устанавливается на низшей отметке температуры, так как, во-первых, за единицу времени больше тепла отдается в атмосферу вследствие большего количества проходящего воздуха, а площадь теплообмена у обоих радиаторов примерно равна. А во-вторых, сам радиатор нагревается медленнее вследствие большей теплоемкости, поэтому для достижения равной с медным радиатором температуры алюминиевому требуется больше времени, что усугубляет первое положение. Кроме того, возможно в радиаторе от Thermaltake Volcano 10 образовывались не продуваемые зоны, в которых застаивался теплый воздух. Основное преимущество меди, большая теплопроводность, в данном случае существенного влияния не оказывает, ввиду слабого воздушного потока вследствие чего и алюминиевый и медный радиаторы успевают равномерно распределить тепло по поверхности своих ребер и, следовательно, единица площади ребер обоих радиаторов отдает воздуху примерно равное количество тепла.

Все, что здесь написано, отражает мою личную точку зрения и не более. Я не старался придерживаться классической терминологии и возможно применил неверные определения, за что прошу строго меня не судить.

Конструктивная критика принимается здесь.

Примеси в медных сплавах

Примеси, содержащиеся в меди (и, естественно, взаимодействующие с ней), подразделяют на три группы.

Образующие с медью твердые растворы

К таким примесям относятся алюминий, сурьма, никель, железо, олово, цинк и др. Данные добавки существенно снижают электро- и теплопроводность.

К маркам, которые преимущественно используются для производства токопроводящих элементов, относятся М0 и М1.

Если в составе медного сплава содержится сурьма, то значительно затрудняется его горячая обработка давлением.

Не растворяющиеся в меди примеси

Сюда относятся свинец, висмут и др. Не влияющие на электропроводность основного металла, такие примеси затрудняют возможность его обработки давлением.

Примеси, образующие с медью хрупкие химические соединения

К этой группе относятся сера и кислород, который снижает электропроводность и прочность основного металла. Наличие серы в медном сплаве значительно облегчает его обрабатываемость при помощи резания.

Пружинные сплавы на медной основе

ООО ВПО ПромМеталл http://bronza555.ru/

[email protected] +7-903-798-09-70 (звоните!)

Складскую справку можно скачать здесь

ВВЕДЕНИЕ

Пружинные сплавы относятся к особой группе в основном металлических материалов, обладающих кроме обязательных для них высоких механических свойств, получаемых либо холодной пластической деформацией, либо методами дисперсионного упрочнения [1], еще и величиной сопротивления малым пластическим деформациям, или пределом упругости. Читать далее →

Таблица теплопроводности металлов и сплавов

Температуропроводность металлов

В таблице представлены значения коэффициента температуропроводности чистых металлов в зависимости от температуры. Температуропроводность металлов указана в интервале температуры от -250 до 1600°С в размерности м 2 /с.

Рассмотрены следующие металлы: алюминий, кадмий, натрий, серебро, калий, никель, свинец, кобальт, бериллий, литий, сурьма, висмут, магний, цинк, вольфрам, олово, сурьма, железо, платина, золото, медь, родий, молибден, тантал, иридий.

Читать также: Обезжириватель для кузова автомобиля

По значениям температуропроводности в таблице можно выделить металлы с наибольшим и наименьшим значением этого свойства.

Наименьшей температуропроводностью обладает такой металл, как висмут, его коэффициент температуропроводности при температуре 50°С равен 6,8 м 2 /с. Температуропроводность чистого серебра равна 158,3 м 2 /с при 100°С.

Этот металл имеет наиболее высокое значение этой характеристики.

Следует отметить, что по мере роста температуры металла, величина его температуропроводности уменьшается, за исключением платины и кобальта.

Свойства алюминия: плотность, теплопроводность, теплоемкость Al

Теплопроводность и плотность алюминия

В таблице представлены теплофизические свойства алюминия Al в зависимости от температуры. Свойства алюминия даны в широком диапазоне температуры — от минус 223 до 1527°С (от 50 до 1800 К).

Как видно из таблицы, теплопроводность алюминия при комнатной температуре равна около 236 Вт/(м·град), что позволяет применять этот материал для изготовления радиаторов и различных теплоотводов.

Кроме алюминия, высокой теплопроводностью обладает также медь.

У какого металла теплопроводность больше? Известно, что теплопроводность алюминия при средних и высоких температурах все-таки меньше, чем у меди, однако, при охлаждении до 50К, теплопроводность алюминия существенно возрастает и достигает значения 1350 Вт/(м·град). У меди же при такой низкой температуре значение теплопроводности становится ниже, чем у алюминия и составляет 1250 Вт/(м·град).

Алюминий начинает плавиться при температуре 933,61 К (около 660°С), при этом некоторые его свойства претерпевают значительные изменения. Значения таких свойств, как температуропроводность, плотность алюминия и его теплопроводность значительно уменьшаются.

Плотность алюминия в основном определяется его температурой и имеет зависимость от агрегатного состояния этого металла.

Например, при температуре 27°С плотность алюминия равна 2697 кг/м 3 , а при нагревании этого металла до температуры плавления (660°С), его плотность становится равной 2368 кг/м 3 .

Снижение плотности алюминия с ростом температуры обусловлено его расширением при нагревании.

Теплопроводность сплавов меди. Температура плавления латуни и бронзы

Теплопроводность латуни и бронзы

В таблице приведены значения теплопроводности латуни, бронзы, а также медно-никелевых сплавов (константана, копели, манганина и др.) в зависимости от температуры — в интервале от 4 до 1273 К.

Теплопроводность латуни, бронзы и других сплавов на основе меди при нагревании увеличивается. По данным таблицы, наибольшей теплопроводностью из рассмотренных сплавов при комнатной температуре обладает латунь Л96. Ее теплопроводность при температуре 300 К (27°С) равна 244 Вт/(м·град).

Читать также: Устройство для пристрелки оружия

Также к медным сплавам с высокой теплопроводностью можно отнести: латунь ЛС59-1, томпак Л96 и Л90, томпак оловянистый ЛТО90-1, томпак прокатный РТ-90.

Кроме того, теплопроводность латуни в основном выше теплопроводности бронзы.

Следует отметить, что к бронзам с высокой теплопроводностью относятся: фосфористая, хромистая и бериллиевая бронзы, а также бронза БрА5.

Медным сплавом с наименьшей теплопроводностью является марганцовистая бронза — ее коэффициент теплопроводности при температуре 27°С равен 9,6 Вт/(м·град).

Теплопроводность цветных металлов и технических сплавов

Впо промметалл (бронза, латунь, медь) +7-903-798-09-70 александр иванович

складскую справку скачать можно здесь

В таблице представлены значения теплопроводности металлов (цветных), а также химический состав металлов и технических сплавов в интервале температуры от 0 до 600°С.

Цветные металлы и сплавы: никель Ni, монель, нихром; сплавы никеля (по ГОСТ 492-58): мельхиор НМ81, НМ70, константан НММц 58,5-1,54, копель НМ 56,5, монель НМЖМц и К-монель, алюмель, хромель, манганин НММц 85-12, инвар; магниевые сплавы (по ГОСТ 2856-68), электрон, платинородий; мягкие припои (по ГОСТ 1499-70): олово чистое, свинец, ПОС-90, ПОС-40, ПОС-30, сплав Розе, сплав Вуда. Читать далее →

Существует и другой способ перемещения тепла (теплопередачи). Он возможен не только в подвижной среде (жидкости и газе), но и в твердых телах. Тепло может перемещаться по телу и через него к другому предмету без перемещения частей этого тела относительно друг друга, т.е. без перемещения вещества. Такой способ носит название теплопроводности.

Различные вещества по-разному проводят тепло. Лучшие проводники тепла — металлы (особенно серебро, медь). Хуже всего проводят тепло теплоизоляторы — воздух, войлок, древесина. Плохая теплопроводность воздуха используется в наших домах — слой воздуха между двойными стеклами окон является прекрасным теплоизолятором.

Таблица теплопроводности (сравнение чисел характеризует относительную скорость передачи тепла каждым материалом)

Графитовый термоинтерфейс от Panasonic

Силовые модули, такие как IGBT транзисторные сборки, диодные и тиристорные модули, имеют высокое тепловыделение. Для отвода тепла традиционно используются радиаторы, которые часто оказываются самыми габаритными изделиями силового блока. Кроме того, модули обычно монтируются на радиатор с помощью термопасты, которая не только не обеспечивает электроизоляцию, но и вызывает проблемы при обслуживании и демонтаже.

Компания Panasonic Industrial разработала инновационное решение — искусственный графитовый материал PGS, который обеспечивает теплоотвод с эффективностью в 8 раз превышающей алюминиевые и в 5 раз медные радиаторы — от 400 до 1950 Вт/(м*К). Но не спешите удивляться высокой эффективности. Кроме этого новый материал сверхлегкий, сверхплоский (до 10мкм), может гнуться и вырезаться под компонент любого размера. Теплоотвод осуществляется как в проекции X-Y, так и Z. Другими словами, обычные материалы отводят тепло (передают от источника нагрева к радиатору), а PGS листы рассеивают его.

Однако любой теплоотвод имеет свои ограничения. Они есть и у PGS пленки. Это анизотропный материал, который отлично проводит тепло в проекции X-Y, а вот по оси Z его теплопередача составляет всего лишь 20 Вт. Он сделан из высокоориентированной графитовой полимерной пленки, чья структура близка к одиночному кристаллу. Шестигранная структура кристалла графита унифицировано расположена в 2D структуре. Материал идеально подходит для использования в качестве радиаторов и теплоизоляторов в тех приложениях, где использование стандартных радиаторов невозможно по причине их больших габаритных размеров. Кроме того, его можно использовать в качестве дополнительного средства теплоотвода наряду со стандартными компонентами. Материал является гибким, поэтому из него можно вырезать объект любой требуемой формы. Основными преимуществами PGS материала являются низкое термосопротивление, высокая теплопроводность и простота применения.

Искусственные гибкие графитовые листы были разработаны компанией Panasonic, за это изобретение компания была удостоена нескольких премий, в частности, Inchimura-Industrial Award, Okochi-Memorial Award и др. В основе материала лежит обычный углерод, который представлен в природе в виде алмаза, графита или углеродной сажи. Пиролитический графит образуется в процессе спекания, полимерная пленка нагревается до состояния расщепления в камере без доступа воздуха. Первый обжиг преобразует полимер в углерод, второй обжиг образует шестиугольную углеродистую цепочку графита.

Искусственный графит отличается малым весом, высокой стабильностью и стойкостью к воздействиям окружающей среды..

Кристаллическая решетка графита организована по плоскостному принципу, шестиугольные ячейки атомов находятся в одной плоскости, что делает структуру слоистой. Отсюда вытекает мягкость материала, обеспечивающая конформность термопрокладки.

Еще одна положительная черта искусственного графита — он не выделяет силоксан при нагреве. Этим «страдают» кремнийорганические материалы (стандартные силиконовые прокладки), поэтому по международным стандартам они запрещены к применению в медицинской и оптической промышленности, а также при работе с датчиками. Мы уже упомянули, что разработка искусственного графита позволило добавить материалу свойства электроизолятора. Дополнительным «бонусом» применения графитовых подложек является и экранирование от электромагнитных помех.

Теплопроводность

Параметры теплопроводности графитового материала не могут не удивлять, от 400 до 1860 Вт/м*К. Помимо теплопроводности, материал обладает и хорошей скоростью как передачи тепла, так и охлаждения.

Сравнение теплопроводности алюминия, меди и PGS-листов

Другой эксперимент показывает рассеивание тепла тех же материалов: PGS, меди и алюминия. Здесь наглядно видно, что графитовые листы более равномерно распределяют тепло по всему радиатору, защищая источник тепла от перегрева.

Для тестов использовался резистивный элемент 12Вт на радиаторе 90×90мм

Термосопротивление

Термосопротивление показывает степень «непроводимости» тепла материалом. Материалы с более низким термосопротивлением будут более эффективно отводить тепло. Термосопротивление графитового материала лучше традиционной теплопроводной пасты, даже при наличии у него ламинирующего и клеевого слоя. Измерения проводились на тестере термоинтерфейсов TIM Tester (производитель ANALYSIS TECH, стандарт ASTMD5470). Типичный уровень термосопротивления составляет 0.2K•см.кв /Вт (при приложенном давлении 600 кПа). Принципиальное значение для эффективной работы термоинтерфейса имеет приложенное давление, поэтому материал должен использоваться только как прокладка для винтового крепления силового модуля к радиатору или корпусу. Коэффициент сжатия термоинтерфейса составляет 40%. Максимальная эффективность подложек достигается при максимальном сжатии.

Другой важный момент — долговременная стабильность термосопротивления. Графитовый материал Panasonic показывает стабильно низкое термосопротивление во всем периоде эксплуатации. Многим инженерам известна такая ситуация: металлические пластины силовых модулей при нагреве расширяются и сжимаются при охлаждении, при этом происходит «выдавливание» пасты за пределы подложки. При охлаждении модуля паста не занимает образовавшиеся пустоты, в результате чего ее термосопротивление в процессе эксплуатации значительно ухудшается.