常见材料导热系数(史上最全版).pdf
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1、导热率 K是材料本身的固有性能参数,用于描述材料的导热能力,又称为热导率,单位为W/mK 。这个特 性跟材料本身的大小、形状、厚度都是没有关系的,只是跟材料本身的成分有关系。不同成分的导热率 差异较大,导致由不同成分构成的物料的导热率差异较大。单粒物料的导热性能好于堆积物料。 稳态导热:导入物体的热流量等于导出物体的热流量,物体内部各点温度不随时间而变化的导热过程。 非稳态导热:导入和导出物体的热流量不相等,物体内任意一点的温度和热含量随时间而变化的导热过 程,也称为瞬态导热过程。 导热系数是指在稳定传热条件下,1m 厚的材料,两侧表面的温差为1 度(K, C),在 1 秒内,通过 1 平方米
2、面积传递的热量,用表示,单位为瓦 /米 度 导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素有关。非晶体结构、密度较低的材料,导 热系数较小。材料的含水率、温度较低时,导热系数较小。 通常把导热系数较低的材料称为保温材料(我国国家标准规定, 凡平均温度不高于350时导热系数 不大于 0.12W/(m K)的材料称为保温材料),而把导热系数在0.05 瓦/米摄氏度以下的材料称为高效保 温材料。 导热系数高的物质有优良的导热性能。在热流密度和厚度相同时,物质高温侧壁面与低温侧壁 面间的温度差,随导热系数增大而减小。锅炉炉管在未结水垢时,由于钢的导热系数高,钢管的内外壁 温差不大。而钢管内壁温度又
3、与管中水温接近,因此,管壁温度(内外壁温度平均值)不会很高。但当 炉管内壁结水垢时,由于水垢的导热系数很小,水垢内外侧温差随水垢厚度增大而迅速增大,从而把管 壁金属温度迅速抬高。当水垢厚度达到相当大(一般为13 毫米)后,会使炉管管壁温度超过允许值, 造成炉管过热损坏。对锅炉炉墙及管道的保温材料来讲,则要求导热系数越低越好。一般常把导热系 数小于 0。8x10 的 3 次方瓦 /(米时 摄氏度)的材料称为保温材料。例如石棉、珍珠岩等 填缝导热材料有 : 导热硅脂、导热云母片、导热陶瓷片、导热矽胶片、导热双面胶等。主要作用是 填充发热功率器件与散热片之间的缝隙,通常看似很平的两个面, 其实接触面
4、积不到40%,又因为空气是 不良导热体,导热系数仅有0.03w/m.k, 填充缝隙就是用导热材料填充缝隙间的空气. 傅力叶方程式: Q=KA T/d, R=A T/QQ: 热量, W K: 导热率, W/mk A :接触面积 d: 热量传递距离T:温度差 R: 热阻值 将上面两个公式合并,可以得到 K=d/R。因为 K值是不变的,可以看得出热阻R值,同材料厚度 d 是成 正比的。也就说材料越厚,热阻越大。 但如果仔细看一些导热材料的资料,会发现很多导热材料的热阻值R ,同厚度 d 并不是完全成正比关系。 这是因为导热材料大都不是单一成分组成,相应会有非线性变化。厚度增加,热阻值一定会增大,但不
5、 一定是完全成正比的线性关系,可能是更陡的曲线关系。 实际这是不可能的条件。所以测试并计算出来的热阻值并不完全是材料本身的热阻值,应该是材料本身 的热阻值 +所谓接触面热阻值。因为接触面的平整度、光滑或者粗糙、以及安装紧固的压力大小不同, 就会产生不同的接触面热阻值,也会得出不同的总热阻值。 所以国际上流行会认可设定一种标准的测试方法和条件,就是在资料上经常会看到的ASTM D5470 。这个 测试方法会说明进行热阻测试时候,选用多大的接触面积A,多大的热量值 Q ,以及施加到接触面的压 力数值。大家都使用同样的方法来测试不同的材料,而得出的结果,才有相比较的意义。 通过测试得出的热阻R值,并
6、不完全是真实的热阻值。物理科学就是这样,很多参数是无法真正的量化 的,只是一个“模糊”的数学概念。通过这样的“模糊”数据,人们可以将一些数据量化,而用于实际 应用。 此处所说的“模糊” 是数学术语,“模糊”表示最为接近真实的近似。 而同样道理,根据热阻值以及厚度,再计算出来的导热率K值,也并不完全是真正的导热率值。 傅力叶方程式,是一个完全理想化的公式。我们可用来理解导热材料的原理。但实际应用、热阻计算是 复杂的数学模型,会有很多的修正公式,来完善所有的环节可能出现的问题。 总之: a. 同样的材料,导热率是一个不变的数值,热阻值是会随厚度发生变化的。 b. 同样的材料,厚度越大,可简单理解为
7、热量通过材料传递出去要走的路程越多,所耗的时间也越多, 效能也越差。 c. 对于导热材料,选用合适的导热率、厚度是对性能有很大关系的。选择导热率很高的材料,但是厚 度很大,也是性能不够好的。最理想的选择是:导热率高、厚度薄,完美的接触压力保证最好的界面接 触。 d、使用什么导热材料给客户,理论上来讲是很困难的一件事情。很难真正的通过一些简单的数据,来 准确计算出选用何种材料合适。更多的是靠测试和对比,还有经验。测试能达到产品要求的理想效果, 就是最为合适的材料。 e、不专业的用户,会关注材料的导热率;专业的用户,会关注材料的热阻值。 导热系数 导热系数是指在稳定传热条件下,1m 厚的材料,两侧
8、表面的温差为1 度(K, C),在 1 小时内,通 过 1 平方米面积传递的热量,单位为瓦/米度(W/mK, 此处的 K 可用 C 代替)。 导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素有关。非晶体结构、密度较低的材料,导热 系数较小。材料的含水率、温度较低时,导热系数较小。 通常把导热系数较低的材料称为保温材料,而把导热系数在 0.05 瓦/米度以下的材料称为高效保温材 料。 导热率(热导率)是反映材料导热性能的物理量,它不仅是评价材料的热学特性的依据,而且是材料在 应用时的一个设计依据,在加热器、散热器、传热管道设计、房屋设计等工程实践中都要涉及这个参 数。因为材料的热导率不仅随温度
9、、压力变化,而且材料的杂质含量。结构变化都会明显影响热导率的 数值,所以在科学实验和工程技术中对材料的热导率常用实验的方法测定。内容。 材料名称导热 系数 W/mK 材料名称导热 系数 W/mK 材料名称导热 系数 W/mK 材 料 名 称 导热 系数 W/mK 材料 名称 导热 系数 W/mK Si 150 ABS 0.25 空气0.010.04 导 热 硅 胶垫 0.83 SiO2 7.6 PA 0.25 水蒸汽0.023 SIC 490 PC 0.2 水0.50.7 GaAs 46 PMMA 0.14 0.2 硫 酸 5 25 0.470.5 导热系数单位换算 千卡/米 时 kcal/(
10、mh ) 卡 / 厘米 秒 cal/(cms ) 瓦 / 米 KW/(m K) 焦耳 / 厘米 秒 J/(cm s ) 英热单位 / 英 尺 时 Btu/(fth ) 1 2.78 10 -3 1.16 1.16 10 -2 0.672 360 1 418.7 4.187 242 0.8598 2.39 10 -3 1 10 -2 0.578 85.98 0.239 100 1 57.8 1.49 4.13 10 -3 1.73 1.73 10 -2 1 GaP 77 PP 0.21 木 材 ( 纵 向) 0.38 LTCC 2 PP+25 玻纤 0.25 木 材 ( 横 向) 0.140.1
11、7 AlN 150 软质 PVC 0.14 普 通 粘 土 砖 0.70.8 Al2O3 蓝 宝石 45 硬质 PVC 0.17 耐火砖1.06 Kovar 17.3 PS 0.08 水泥沙0.91.28 钻石2300 LDPE 0.33 瓷砖1.99 金317 HDPE 0.5 石棉0.150.37 银429 橡胶0.19 玄武岩2.18 纯铝237 PU 0.25 花岗岩2.63.6 纯铜401 纯硅胶0.35 石蜡0.12 纯锌112 中密度硅 胶 0.17 石油0.14 纯钛14.63 低密度硅 胶 0.12 沥青0.7 纯锡64 玻璃0.5 1.0 纸板0.060.14 纯铅35 玻
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