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 平方米面积传递的热量,用 λ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 1~3 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/Q
d: 热量传递距离
Q: 热量,W K: 导热率, W/mk A :接触面积 △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 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 ASTMD5470。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、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
导热系数单位换算
千卡/米·时·℃ [kcal/(m h· ℃ )]
1 360 0.8598 85.98 1.49
卡 / 厘米 ·秒·℃ [cal/(cm s·℃ )]
2.78 ×10 -3
1 2.39 ×10 -3 0.239 4.13 ×10 -3
瓦 /
米·K[W/(m·K)]
1.16 418.7 1 100 1.73
英热单位 / 英 焦耳 / 厘米 ·秒·℃
尺 ·时·℉
[J/(cm s··℃ )]
[Btu/(ft h··℉ )]
1.16 ×10 -2 4.187 10 -2 1 1.73 ×10 -2
0.672
242 0.578 57.8 1
材 料 导热 名称 系数
W/mK
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 材料名称 导热 材料名称 导热 材 料 名 导热
系数 系数 系数 称 系数 W/mK W/mK W/mK W/mK
Si 150 ABS 0.25 空气 0.01~0.04 导 热 硅 0.8~3 SiO2 SIC GaAs
7.6 490 46
PA PC PMMA
0.25 0.2 0.14 ~0.2
水蒸汽
0.023
胶垫
水 0.5~0.7 硫酸 5~ 0.47~0.5 25%
GaP
LTCC AlN
77 2 150
PP 0.21
PP+25 % ~ 软玻质 纤 PVC 0.14 硬质 PVC 0.17 PS LDPE HDPE 橡胶 PU 纯硅胶 中密度硅 低胶密度硅 玻胶璃 玻璃钢 泡沫
0.08 0.33 0.5 0.19 0.25 ~
木 材 ( 纵 0.38 向)
0.14~0.17
向)
普通粘土 0.7~0.8 耐火砖 砖 水泥沙 瓷砖 石棉 玄武岩 花岗岩
1.06 0.9~1.28 1.99
0.15~0.37 2.18 2.6~3.6 0.12 0.14 0.7
0.06~0.14 42~90 17 138~147 160 201 130
Al2O3 蓝 45 Ko石宝var 钻石 金 银 纯铝 纯铜 纯锌 纯钛 纯锡 纯铅 纯镍 钢 黄铜 青铜
17.3 2300 317 429 237 401 112 14.63 64 35 90
0.35 石蜡 0.17 石油 0.12 沥青 0.5 ~ 纸板 1.0 0.40 铸铁 0.045 不锈钢
36 ~ FR4 0.2 铸铝 57 40 ~ 环氧树脂 0.2 ~
Al 6061
1382 3 ~ 2.2
Al 6063
153
Al 7075
常用材料的导热系数表
用途
热 系 数
密度(kg/m (W/m.K) 8900 380 2800 8400 7800 7900 1390 700 500 1900 2500 1180 1200 1150
160 120 50 17 0.17 0.18 0.13 0.4 1.0 0.18 0.2 0.25 导 3)
材料名称
铜 硅合金铝 黄铜 铁
窗框
不锈钢 PVC 硬木 建筑构件软木 UP 树脂玻璃钢 碳酸钙玻璃
玻璃
有机玻璃 PMMA 聚碳酸脂 聚冼氨尼龙
85.99%尼龙 ,25%玻
1450 0.3 璃
纤维
高密度聚乙烯 HD 980 0.5 热断桥
低密度聚乙烯 LD 920 0.33
固体聚丙烯 25%玻纤聚丙烯
910 1200
0.22 0.25
聚亚氨脂树脂 PU 刚性 PVC
防雨
氯丁橡胶 PCP 三元乙丙 EPDM 纯硅胶
密封条
柔性 PVC 聚脂马海毛 柔性橡胶泡末 刚性聚氨脂 PU 固体/热融异丁烯 聚硫胶 纯硅胶 聚异丁烯
聚脂树脂 硅胶干燥剂 0.13 分子筛 0.1
低密度硅胶泡末 750 0.12 中密度硅胶泡末 820 0.17
1200 1390 1240
1150 1200 1200 60-80 1200 1200 1700 1200 930 1400
0.25 0.17 0.23 0.25 0.35 0.14 0.14 0.05 0.25 0.24 0.4 0.35 0.2 0.19 720 650-750
密封剂
金属导热系数表( W/mK)
热传导系数的定义为:每单位长度、每 K,可以传送多少 W 的能量,单位为 W/mK 。其中 “W”指热功率 单位,“m”代表长度单位米,而 “K”为绝对温度单位。该数值越大说明导热性能越好。以下是几种常见金 属的热传导系数表: 银 429 铜 401 金 317 铝 237 铁 80 锡 67 铅 34.8 各种物质导热系数!
material conductivity K (W/m.K) diamond 钻石 2300 silver 银 429 cooper 铜 401 gold 金 317
aluminum 铝 237
各物质的导热系数
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