7つの主な熱伝導体



の 熱伝導体 主なものは金属とダイヤモンド、金属マトリックス複合材料、カーボンマトリックス複合材料、カーボン、グラファイトとセラミックマトリックス複合材料です。.

熱伝導率は、熱を伝導する能力を表す材料特性で、次のように定義できます。「単位面積の表面に対して法線方向に、材料の単位厚さを通して伝達される熱の量。定常状態における単位温度勾配」（The Engineering ToolBox、SF）.

言い換えれば、熱伝導は、接触する物質の粒子間の熱エネルギーの伝達です。熱伝導は、より高温の物質の粒子がより低温の物質の粒子と衝突し、それらの熱エネルギーの一部をより低温の粒子に伝達するときに発生する.

運転は通常、気体よりも特定の固体や液体の方が速いです。熱エネルギーの良伝導体である材料は熱伝導体と呼ばれます.

金属は、自由に移動する電子を有し、熱エネルギーを迅速かつ容易に伝達することができるので、特に優れた熱伝導体である（CK-12 Foundation、S.F.）。.

一般に、優れた電気伝導体（銅、アルミニウム、金、銀などの金属）は優れた熱伝導体でもありますが、電気絶縁体（木材、プラスチック、ゴムなど）は低熱伝導体です。.

暖かい体における分子の運動エネルギー（平均）は、最も寒い体におけるよりも高い。 2つの分子が衝突すると、熱い分子から冷たい分子へのエネルギー移動が起こります。.

すべての衝突の累積的な影響により、温かい物体から最も冷たい物体への正味の熱の流れが発生します（SantoPietro、S.F.）。.

高熱伝導材料

加熱または冷却するために、熱伝導には高熱伝導率材料が必要です。最も重要なニーズの1つは電子産業です。.

マイクロエレクトロニクスの小型化および高出力化のために、放熱はマイクロエレクトロニクスの信頼性、性能および小型化にとって重要である。.

熱伝導率は材料の多くの特性、特にその構造と温度に依存します.

熱膨張係数は、材料が熱によって膨張する能力を示すため、特に重要です。.

金属とダイヤモンド

高熱伝導率材料が必要な場合、銅が最も一般的に使用される金属です。.

しかしながら、銅は高い熱膨張係数（ＣＴＥ）を仮定する。インバー合金（６４％Ｆｅ±３６％Ｎｉ）は、金属間のＣＥＴが非常に低いが、熱伝導率が非常に低い。.

ダイヤモンドは、非常に高い熱伝導率および低いＣＥＴを有するので、より魅力的であるが、高価である（Thermal Conductivity、S.F.）。.

アルミニウムは銅ほど導電性がありませんが、密度が低いため、軽量であることを要求される航空機の電子機器やアプリケーション（ラップトップなど）には魅力的です。.

金属は熱伝導体です。ダイヤモンドと適切なセラミック材料は、熱伝導性と電気絶縁を必要とする用途に使用できますが、非金属.

金属マトリックス化合物

金属のＣＴＥを減少させる１つの方法は、低ＣＴＥフィラーを使用して金属マトリックス複合材料を形成することである。.

この目的のために、高い熱伝導率と低いＣＴＥのそれらの組み合わせのために、ＡｌＮおよび炭化ケイ素（ＳｉＣ）のようなセラミック粒子が使用される。.

充填剤は通常、金属マトリックスよりも低いＣＴＥおよび低い熱伝導率を有するので、複合材料中の電荷の体積分率が高いほど、ＣＴＥが低くなり、熱伝導率が低くなる。.

カーボンマトリックス化合物

炭素は、その熱伝導率（金属ほど高くはないが）および低いＣＴＥ（金属よりも低い）のために、熱伝導性化合物にとって魅力的なマトリックスである。.

さらに、カーボンは耐腐食性（金属よりも耐腐食性）で軽量です.

金属マトリックスとその電荷との間の共通の反応性とは対照的に、炭素マトリックスの他の利点は炭素繊維とのその相溶性である。.

したがって、炭素繊維は、炭素マトリックス複合材料のための主要なフィラーです.

カーボンとグラファイト

結合剤なしで配向された炭素前駆体炭素の圧密とそれに続く炭化および任意の黒鉛化によって製造された完全炭素材料は、材料の繊維において３９０〜７５０Ｗ ／ ｍＫの範囲の熱伝導率を有する。.

他の材料は、構造シェル内に入れられた熱分解グラファイト（ＴＰＧと呼ばれる）である。グラファイト（粒子のｃ軸がグラファイトの平面に対して垂直であることが好ましい）は、１７００Ｗ ／ ｍＫ平面（銅の４倍）で熱伝導率が高いが、機械的に弱い。グラファイト面で切る.

セラミックマトリックス化合物

ホウケイ酸ガラスマトリックスは、ＡｌＮ（８．９）、アルミナ（９．４）、ＳｉＣ（４２）、ＢｅＯ（６．８）、立方晶窒化ホウ素のそれと比較してその低い誘電率（４．１）のために魅力的である。 （7.1）、ダイヤモンド（5.6）、ガラス用±セラミック（5.0）.

電子パッケージング用途には低い値の誘電率が望ましい。一方、ガラスは熱伝導率が低い.

SiCマトリックスはカーボンマトリックスと比較してCTEが高いため魅力的ですが、カーボンほど熱伝導性はありません。.

炭素＋炭素化合物のＣＴＥが低すぎるため、シリカチップを用いたチップオンボード（ＣＯＢ）用途において疲労寿命が短くなる。.

SiCマトリックス炭素複合材料は、炭素マトリックスをSiCに変換する炭素 - 炭素化合物からなる（Chung、2001）。.

参考文献

  1. Chung、D.（2001）。熱伝導のための材料. アプライドサーマルエンジニアリング21 , 1593±1605.
  2. CK-12財団。 （S.F.）. 熱伝導体および絶縁体. ck12.orgから取得：ck12.org.
  3. SantoPietro、D.（S.F.）. 熱伝導率とは? khanacademyから取得しました：khanacademy.org.
  4. エンジニアリングツールボックス。 （S.F.）. 一般的な材料とガスの熱伝導率. engineeringtoolboxから取得しました：engineeringtoolbox.com.