کاشی های سرامیکی آلومینا سخت شده زیرکونیا (ZTA) به دلیل خاصیت مکانیکی استثنایی و ثبات شیمیایی ، به عنوان یک ماده قابل توجه در کاربردهای مختلف صنعتی ظاهر شده اند. به عنوان یک تأمین کننده پیشرو درکاشی های سرامیکی ZTA، اغلب در مورد هدایت حرارتی این کاشی ها سؤال می شود. در این پست وبلاگ ، من به مفهوم هدایت حرارتی می پردازم ، عوامل مؤثر بر هدایت حرارتی کاشی های سرامیکی ZTA را بررسی می کنم و در مورد پیامدهای آن در کاربردهای عملی بحث می کنم.
درک هدایت حرارتی
هدایت حرارتی یک خاصیت اساسی مواد است که توانایی آنها در انجام گرما را توصیف می کند. این به عنوان مقدار گرما تعریف می شود که از یک واحد واحد یک ماده در یک واحد تحت یک گرادیان دمای واحد عبور می کند. واحد SI هدایت حرارتی وات در هر متر-کیلوین (w/(m · k)) است. هدایت حرارتی بالا به این معنی است که ماده می تواند گرما را به سرعت منتقل کند ، در حالی که یک هدایت حرارتی کم نشان می دهد که این ماده یک هادی ضعیف از گرما است و می تواند به عنوان عایق عمل کند.
هدایت حرارتی یک ماده به عوامل مختلفی از جمله ترکیب شیمیایی آن ، ساختار کریستال ، چگالی و دما بستگی دارد. به طور کلی ، فلزات به دلیل وجود الکترونهای آزاد که می توانند انرژی گرما را حمل کنند ، دارای هدایت حرارتی بالایی هستند. از طرف دیگر ، سرامیک ها به طور معمول دارای هدایت حرارتی کمتری هستند زیرا آنها هادی های ضعیف برق هستند و ساختار اتمی پیچیده تری دارند.
هدایت حرارتی کاشی های سرامیکی ZTA
کاشی های سرامیکی ZTA از یک ماتریس آلومینا (al₂o₃) با ذرات زیرکونیا (Zro₂) پراکنده در سراسر تشکیل شده است. آلومینا یک ماده سرامیکی شناخته شده با سختی نسبتاً زیاد ، مقاومت در برابر سایش و ثبات شیمیایی است. از طرف دیگر زیرکونیا به ماتریس آلومینا اضافه می شود تا از طریق مکانیسمی به نام تحول ، مقاومت و مقاومت در برابر شکستگی آن را بهبود بخشد.
هدایت حرارتی کاشی های سرامیکی ZTA تحت تأثیر کسری حجمی زیرکونیا ، اندازه و توزیع ذرات زیرکونیا و تخلخل کاشی ها است. به طور کلی ، هدایت حرارتی کاشی های سرامیکی ZTA پایین تر از سرامیک آلومینای خالص است. این امر به این دلیل است که زیرکونیا نسبت به آلومینا دارای هدایت حرارتی کمتری است و وجود ذرات زیرکونیا در ماتریس آلومینا مسیرهای انتقال حرارت را مختل می کند و باعث کاهش هدایت حرارتی کلی مواد می شود.
هدایت حرارتی کاشی های سرامیکی ZTA به طور معمول بسته به ترکیب خاص و شرایط پردازش ، از 10 تا 25 W/(M · K) متغیر است. به عنوان مثال ، کاشی های سرامیکی ZTA با کسری با حجم بالاتر از زیرکونیا به طور کلی از هدایت حرارتی کمتری نسبت به آنهایی که دارای کسر حجم کمتری هستند ، دارند. به طور مشابه ، کاشی هایی با ذرات زیرکونیا کوچکتر و توزیع یکنواخت تر تمایل به هدایت حرارتی کمتری به دلیل افزایش پراکندگی حامل های گرما در رابط های ماتریس ذرات دارند.
عوامل مؤثر بر هدایت حرارتی کاشی های سرامیکی ZTA
ترکیب
همانطور که قبلاً ذکر شد ، کسری از حجم زیرکونیا در کاشی های سرامیکی ZTA تأثیر قابل توجهی در هدایت حرارتی آنها دارد. افزایش محتوای زیرکونیا ، هدایت حرارتی کاشی ها را کاهش می دهد زیرا زیرکونیا دارای هدایت حرارتی کمتری نسبت به آلومینا است. علاوه بر این ، نوع زیرکونیا مورد استفاده (به عنوان مثال ، مونوکلینیک ، تتراگون یا مکعب) همچنین می تواند بر هدایت حرارتی تأثیر بگذارد ، زیرا ساختارهای کریستالی مختلف دارای خواص حرارتی متفاوتی هستند.
ساختار
اندازه ، شکل و توزیع ذرات زیرکونیا در ماتریس آلومینا نقش مهمی در تعیین هدایت حرارتی کاشی های سرامیکی ZTA دارد. ذرات زیرکونیا کوچکتر رابط های بیشتری را برای پراکندگی حامل گرما فراهم می کنند که باعث کاهش هدایت حرارتی می شود. توزیع یکنواخت تر ذرات زیرکونیا همچنین به به حداقل رساندن تشکیل مسیرهای انتقال حرارت مداوم کمک می کند و باعث کاهش بیشتر هدایت حرارتی می شود.
تخلخل
تخلخل یکی دیگر از عوامل مهم است که بر هدایت حرارتی کاشی های سرامیکی ZTA تأثیر می گذارد. منافذ موجود در ساختار سرامیکی به عنوان موانعی برای انتقال حرارت عمل می کند و باعث کاهش سطح مقطع مؤثر برای هدایت گرما می شود. بنابراین ، کاشی هایی با تخلخل بالاتر به طور کلی دارای رسانایی حرارتی کمتری هستند. اندازه و شکل منافذ نیز بر رسانایی حرارتی تأثیر می گذارد ، در حالی که منافذ کروی کوچکتر و کروی تأثیر کمتری نسبت به منافذ بزرگتر و نامنظم به شکل دارد.
درجه حرارت
هدایت حرارتی کاشی های سرامیکی ZTA نیز وابسته به دما است. به طور کلی ، هدایت حرارتی سرامیک با افزایش دما به دلیل افزایش پراکندگی فونون-phonon کاهش می یابد. در دماهای بالا ، ارتعاشات مشبک شدیدتر می شوند و منجر به برخورد مکرر بین آوون ها (حامل های گرمای اولیه در سرامیک) می شوند ، که باعث کاهش میانگین مسیر آزاد و در نتیجه هدایت حرارتی می شود.
پیامدهای موجود در برنامه های کاربردی
هدایت حرارتی نسبتاً کم کاشی های سرامیکی ZTA باعث می شود که آنها برای انواع برنامه هایی که در آن عایق حرارتی مورد نیاز است مناسب باشد. برخی از برنامه های اصلی عبارتند از:
پوشیدن پوشش
کاشی های سرامیکی ZTA به طور گسترده ای به عنوان پوشش سایش در صنایعی مانند معدن ، سیمان و تولید برق مورد استفاده قرار می گیرند. هدایت حرارتی کم آنها به کاهش انتقال حرارت از مواد فرآیند به محیط اطراف کمک می کند که می تواند بهره وری انرژی را بهبود بخشد و خطر آسیب حرارتی تجهیزات را کاهش دهد.
روکش های کوره
در کوره های درجه حرارت بالا ، از کاشی های سرامیکی ZTA می توان به عنوان مواد روکش برای تهیه عایق حرارتی و محافظت از ساختار کوره در برابر گرما استفاده کرد. توانایی آنها در مقاومت در برابر درجه حرارت بالا و مقاومت در برابر شوک حرارتی ، آنها را به یک انتخاب ایده آل برای این برنامه ها تبدیل می کند.
ابزارهای برش
ابزارهای برش سرامیکی ZTA به دلیل سختی و مقاومت در برابر سایش شناخته شده اند. هدایت حرارتی کم کاشی های سرامیکی ZTA به کاهش تولید گرما در حین عملیات برش کمک می کند که می تواند عمر ابزار و سطح سطح قطعات ماشینکاری را بهبود بخشد.
پایان
در نتیجه ، هدایت حرارتی کاشی های سرامیکی ZTA یک خاصیت مهم است که تحت تأثیر چندین عامل از جمله ترکیب ، ریزساختار ، تخلخل و دما قرار دارد. هدایت حرارتی نسبتاً کم این کاشی ها باعث می شود که آنها برای طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی که در آن عایق حرارتی مورد نیاز است مناسب باشد. به عنوان تأمین کنندهکاشی های سرامیکی ZTA، من متعهد هستم که محصولات با کیفیت بالا را با خواص حرارتی مداوم برای تأمین نیازهای متنوع مشتریان ارائه دهم.
اگر علاقه مند به کسب اطلاعات بیشتر در مورد کاشی های سرامیکی ZTA هستید یا می خواهید در مورد الزامات خاص خود بحث کنید ، لطفاً با ما تماس بگیرید. ما مشتاقانه منتظر فرصتی برای همکاری با شما هستیم و بهترین راه حل ها را برای برنامه های خود در اختیار شما قرار می دهیم.
منابع
- Kingery ، WD ، Bowen ، HK ، & Uhlmann ، DR (1976). مقدمه سرامیک. جان ویلی و پسران.
- رایس ، RW (1998). مواد سرامیکی: علوم و مهندسی. اسپرینگر
- Kriven ، Wm ، & Bradt ، RC (2000). سرامیک های ساختاری. ASM International.