Aliuminio oksido šiluminis laidumas

Aliuminio oksido šilumos laidumas priklauso nuo įvairių veiksnių, įskaitant jo tankį ir porėtumą. Suprasti jų ryšį su šilumos laidumo keliais yra labai svarbu siekiant optimizuoti bendrą kompozitinių komponentų šilumos perdavimo efektyvumą.

Be to, pridėjus grafeno į karštai presuotas medžiagas, sumažėja šilumos laidumas, matuojant statmenai presavimo ašiai, medžiagoms, kuriose yra vienodas grafeno kiekis (2-4 pav.). Šis sumažėjimas greičiausiai yra mikrostruktūrinės anizotropijos, kurią lemia grafeno dribsnių orientacija matricos matricoje, pasekmė.

Savitoji šiluminė talpa

Medžiagos savitoji šiluminė talpa (SHC) rodo, kiek energijos reikia, kad jos temperatūra pakiltų vienu Celsijaus laipsniu, išreiškiama džauliais kilogramui masės. SHC yra labai svarbi atliekant termodinaminius skaičiavimus, taip pat apskaičiuojant, kiek energijos reikės mėginių tūriui ar slėgiui pakeisti.

Aliuminio oksidas yra itin populiari keraminė medžiaga, naudojama daugelyje sričių. Žinomas dėl puikių elektros izoliacinių savybių, didelio mechaninio atsparumo ir cheminio patvarumo, aliuminio oksidas naudojamas įvairiose pramonės šakose, įskaitant metalurgiją, aviacijos ir kosmoso pramonę bei keramiką, o jo dydžiai ir formos pritaikomi pagal konkrečius naudojimo reikalavimus.

Puikus aliuminio oksido apdirbamumas leidžia jį formuoti sudėtingų formų, todėl jis tinka didelio našumo komponentų ir gaminių gamybai. Jį paprasta valyti ir jis pasižymi dideliu atsparumu korozijai - dėl šių savybių aliuminio oksidas dėl savo ekonomiškumo ir techninių savybių yra puiki substrato medžiaga mikroelektroninių grandynų taikymams.

Šiame tyrime nagrinėjamas aliuminio oksido nanodalelių (NP) dydžio ir koncentracijos poveikis išlydytos druskos pagrindu pagamintų aliuminio oksido nanoskysčių savitajai šiluminei talpai (SHC); rezultatai rodo, kad didėjant NP dydžiui arba koncentracijai SHC mažėja, o tai atitinka ankstesnių tyrimų rezultatus; šis sumažėjimas gali būti susijęs su didesniu nanosluoksnių poveikiu dėl mažesnio dalelių dydžio.

Taip pat buvo įvertintos aliuminio oksido nanodalelių pagrindu pagamintų skysčių reologinės savybės ir izobarinė savitoji šiluminė talpa. Mūsų rezultatai parodė, kad bazinis skystis pasižymi niutoniška elgsena, o nanodalelių turinčios suspensijos pasižymi neneutoniška klampa. Nanodalelių pagrindu pagaminti skysčiai, esant panašiems koncentracijos ir temperatūros lygiams, paprastai pasižymi gerokai mažesnėmis savitosiomis šiluminėmis talpomis (SHC) nei bazinio skysčio analogai, o aliuminio oksido NP pagrindu pagamintų skysčių SHC stipriai priklauso nuo temperatūros ir apkrovos. Tai galima paaiškinti aliuminio oksido nanodalelių morfologine evoliucija jų gamybos proceso metu, o tai leidžia gauti daug žadančių rezultatų naudojant aliuminio oksidą kaip efektyvią medžiagą šiluminei energijai kaupti. Tolesniuose tyrimuose reikėtų sutelkti dėmesį į tai, kaip fizikinės savybės, tokios kaip porėtumas ir tankis, veikia aliuminio oksido SHC.

Priklausomybė nuo temperatūros

Aliuminio oksido šiluminis laidumas labai priklauso nuo jo temperatūros. Aukštesnėje temperatūroje jo šiluminis laidumas sumažėja dėl to, kad žemesnėje temperatūroje susidaro stabilesnė kristalinė struktūra, kurioje aliuminio metalo ir deguonies jonai jungiasi kovalentiniais ryšiais, sudarančiais jo kristalinę struktūrą; šie ryšiai suteikia aliuminiui puikių mechaninių ir cheminių savybių, įskaitant aukštas lydymosi temperatūras, kietumo lygį ir atsparumą stiprioms neorganinėms rūgštims, pavyzdžiui, ortofosforo ir fluoro vandenilio rūgštims.

Šilumos laidumas aliuminio okside labai priklauso nuo jo kristalinės struktūros ir porėtumo, ypač tų, kuriuose yra didelė g fazės koncentracija ir porėtumas. Kambario temperatūroje jo šiluminis laidumas vidutiniškai yra 1200 W/mK; šis skaičius mažėja didėjant temperatūrai dėl kristalinės g fazės struktūros formavimosi ir poras sudarančių dalelių mažėjimo.

Aliuminio oksidas gali būti naudojamas įvairiose srityse, o jo šiluminės savybės kinta priklausomai nuo temperatūros pokyčių. Dažniausiai aliuminio oksidas naudojamas krosnyse ir aušintuvuose, taip pat elektros ir elektronikos prietaisuose. Dėl mažo šiluminio laidumo ir puikių izoliacinių savybių aliuminio oksidas yra puiki medžiaga, skirta aušinimo procesams su aušinimo procesais ir kartu tarnaujanti kaip elektros izoliacinė medžiaga.

Aliuminio oksido šiluminėms savybėms pagerinti yra įvairių būdų, pavyzdžiui, pakeisti jo grūdelių dydį arba cheminę sudėtį. Pavyzdžiui, gaminant miltelius su mažesniais grūdeliais ir didesniu paviršiaus plotu, padidės šilumos laidumas, o storesnė pasta su didesniu porų tūriu ir mažesniu tankiu gali dar labiau pagerinti šiluminį laidumą.

Kitas būdas padidinti aliuminio oksido šilumos laidumą - naudoti apdirbamus aliuminio nitrido (AlN) kompozitus. Ši medžiaga sumažina trapumą ir kartu užtikrina didesnį nei 92 W/mK šilumos laidumą. Tačiau AlN yra brangus ir sudėtingas apdirbti dėl apdorojimo metu reikalingo toksiško ir specializuoto azoto krosnies reikalavimo - tai reiškia, kad jis paprastai naudojamas tik kai kuriose kriogeninėse srityse.

Akytumas

Šilumos laidumas aliuminio okside labai priklauso nuo porų ir įtrūkimų dydžio, nes mažesnių porų paviršiaus plotas yra mažesnis, jas supa daugiau kietos medžiagos, todėl jos sugeria daugiau šilumos, o didesnės poros lengviau spinduliuoja šilumą, todėl bendras šilumos laidumas yra mažesnis.

Aliuminio oksido akytumas labai priklauso nuo jo sudėties, gamybos metodų ir temperatūros bei grynumo lygio. Nors inžinieriai, keisdami šiuos veiksnius, gali bandyti nustatyti jo porėtumą, praktiškai tai padaryti dažnai yra sudėtinga, nes reikia aukštos kokybės miltelių ir (arba) gamybos metodų, kurie leistų nuosekliai pasiekti vienodą porėtumo lygį ir cheminę sudėtį kiekvienoje partijoje.

Akytasis aliuminio oksidas gali būti įvairiai naudojamas inžinerijoje - nuo dujų turbinų menčių ir degiklių iki katalizinių konverterių ir elektros energijos gamybos. Jis dažnai naudojamas vandens gėlinimo ir energijos gamybos, taip pat vandens gėlinimo procesams, kuriems reikalingas aukštas slėgis ir temperatūra, vandens gėlinimo procesams ir energijos gamybos operacijoms, kurioms reikalinga aukšta temperatūra ir slėgis. Be to, akytasis aliuminio oksidas pasižymi puikiu cheminiu atsparumu, matmenų stabilumu ir mažesniu tankiu nei tankusis aliuminio oksidas, todėl jį daug paprasčiau ir lengviau tvarkyti bei manipuliuoti; be to, jis atsparus lenkimui veikiant apkrovai, todėl yra puikus medžiagos pasirinkimas konstrukcinių komponentų taikymams.

Vienas iš paprasčiausių ir tiksliausių metodų aliuminio oksido porėtumui nustatyti yra bandinių skerspjūvio SEM vaizdai. Tai leidžia naudotojams nustatyti įvairių rūšių poras ir įtrūkimus dangoje, padeda nustatyti bendrą jos sudėtį ir leidžia atlikti tikslius matavimus naudojant termovizines sistemas ar panašią įrangą.

Vienas iš būdų išmatuoti aliuminio oksido porėtumą - atlikti oro pralaidumo bandymą. Šiuo neardomuoju metodu matuojama, kaip gerai medžiaga sugeria ir sulaiko helį arba vandenį tam tikroje temperatūroje tam tikrame diapazone. Šis bandymas gali padėti nustatyti tiek įprastas, tiek neįprastai dideles aliuminio oksido medžiagų porėtumo vertes.

Grynumas

Aliuminio oksidas yra inžinerinė keramika, pasižyminti keliomis pageidaujamomis savybėmis, įskaitant elektros izoliaciją, stiprumą, lūžtamąją gebą ir atsparumą korozijai, todėl tinka naudoti, įskaitant medicinos prietaisus.

Viena iš priežasčių - didelis šilumos laidumas, nors tiksli šios savybės vertė priklauso nuo kristalinės struktūros ir naudojamos medžiagos priemaišų kiekio. Todėl prieš priimant sprendimus dėl naudojimo labai svarbu, kad visi naudotojai žinotų, kaip temperatūra veikia jos šiluminį laidumą.

Paprastai kuo aukštesnis aliuminio oksido medžiagos grynumo lygis, tuo geresnis jos šilumos laidumas. Taip yra todėl, kad mažiau priemaišų reiškia mažesnį pasipriešinimą tarp elektronų ir fononų; be to, didelę reikšmę turi naudojami legiruojantys elementai ir jų būsenos, pavyzdžiui, nikelis gali sumažinti šiluminį laidumą, nes yra Al2Ni fazėje, kurios šiluminis laidumas mažesnis [1].

Temperatūra turi didelę įtaką aliuminio oksido grynumui. Taip yra todėl, kad jo lydymosi temperatūra kyla dėl mikrostruktūros pokyčių; konkrečiai, kylant temperatūrai, didėja g fazės koncentracija ir mažėja akytumas, todėl mažėja medžiagos savitoji šiluminė talpa pagal masę.

Projektuojant su aliuminio oksidu reikia žinoti jo subtilybes, nes jos gali turėti tiesioginės įtakos galutinėms eksploatacinėms savybėms, ypač didelio našumo programoms. Todėl, svarstant galimybę naudoti šią medžiagą tam tikroms reikmėms, pravartu susipažinti su gamintojų pateikiamais techniniais duomenimis arba atlikti konkrečius bandymus - taip galėsite būti tikri, kad gausite optimalias eksploatacines savybes, ir priimti pagrįstą sprendimą, kuris aliuminio oksido variantas geriausiai atitiktų jūsų reikmes.