Теплопроводность керамика: Теплопроводность, теплоемкость, плотность керамики и огнеупоров: таблицы значений

Теплопроводность, теплоемкость, плотность керамики и огнеупоров: таблицы значений

Теплопроводность и плотность керамики, огнеупоров

В таблице представлены значения плотности, пористости П, теплопроводности керамики и огнеупоров в зависимости от температуры. Свойства керамики и огнеупоров в таблице даны для температуры от 200 до 1600°С.

Содержание оксида алюминия Al₂O₃ в изделиях находится в пределах от 28 до более 90%; содержание оксида кремния SiO₂ в керамике от 25 до более 97%; содержание оксида циркония ZrO₂ от 50 до более 90%. Также в огнеупорах содержаться оксид магния и карбид кремния.

Плотность, пористость П и теплопроводность приведены для следующих материалов: огнеупор из кварцевого стекла, керамика, содержащая оксид алюминия Al2O3, SiO2, MgO, SiC, диоксид циркония ZrO2, изделия: динасовые, полукислые, шамотные, муллитокремнеземистые, муллитовые, муллитокорундовые, корундовые, периклазовые, форстеритовые, карбидкремниевые, бадделеитовые, цирконовые плавленые и поликристаллические.

Плотность керамики в таблице приведена при температуре 20°С. Наиболее плотной и тяжелой керамикой является бадделеитовая керамика на основе оксида циркония — ее плотность составляет от 5500 до 5800 кг/м³.

Теплоемкость керамики и огнеупоров

В таблице представлены значения удельной массовой теплоемкости керамики и огнеупоров в зависимости от температуры.
Теплоемкость огнеупоров в таблице дана в интервале температуры от 273 до 1773К (от 0 до 1500°С). Размерность теплоемкости кДж/(кг·град).

Теплоемкость приведена для следующих огнеупорных материалов: алундум, глинозем, карборунд, кирпич динасовый, магнезитовый, хромитовый, шамотный кирпич, силлиманит, уголь электродный, фарфор высоковольтный, низковольтный и установочный, циркон.

Теплоемкость шамота, динаса, корунда и магнезита

В таблице представлены значения удельной массовой теплоемкости этих огнеупоров в зависимости от температуры.
Теплоемкость шамота, динаса, корунда и магнезита в таблице дана в интервале температуры от 50 до 1500°С.  Размерность удельной теплоемкости кДж/(кг·град).

Теплоемкость высокоогнеупорных материалов и керамики

В таблице даны значения удельной массовой теплоемкости высокоогнеупорных материалов в зависимости от температуры.
Теплоемкость огнеупорных материалов и керамики в таблице приведена в интервале температуры от 100 до 1400°С (размерность теплоемкости кДж/(кг·град)).

Теплоемкость указана для следующих огнеупоров и керамических материалов: корунд (искусственный), глинозем, муллит, кианит (борисовский), андалузит (Семиз-Бугу), силлиманит, муллитовые изделия, магнезитовые изделия 88% MgO, спекшийся магнезит, серпентин, шпинель, известь (плавленая), окись циркония ZrO2, циркон (ильменский), хромитовые изделия, хромит (халиловский), карборунд (кристаллический), карборундовые изделия типа карбофракс SiC, графит С.

Источники:

1. Физические величины. Справочник. А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др.; Под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
2. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И. К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с.
3. Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.

Сталь, керамика, стекло или пластик — какой материал для пуровера лучше?

Сталь, керамика, стекло или пластик — какой материал для пуровера лучше?

Если вкратце, лучший результат дают воронки из пластика. Они медленнее и в меньшей степени поглощают тепло воды при заваривании и почти его не удерживают. Пожалуй, это расстроит тех из наших читателей, кто обеспокоен проблемой загрязнения окружающей среды пластиком.

Чтобы разобраться, чем пластик лучше остальных материалов, вспомним уроки физики. На количество удерживаемого тепла влияют три характеристики:

• Теплопроводность — величина, с помощью которой описывают, насколько быстро воронка поглощает и отдает тепло.
• Удельная теплоемкость определяет количество тепла, необходимое для изменения температуры воронки.
• Теплоотдача поверхности характеризует скорость, с которой воронка отдает тепло.

Теплопроводность

Возможно, вы помните еще со школьных времен, что пластик это отличный изолятор, а металл — проводник. Стекло и керамика находятся где-то посередине. Стало быть, пластик оптимален как минимум с точки зрения теплопроводности. Но насколько он превосходит другие материалы?

(Источник: engineeringtoolbox.com)

Как видите, фарфор обладает теплопроводностью в 20-25 раз выше, чем акрил (один из распространенных типов пластика). Следовательно, воронка из него поглотит тепло воды гораздо быстрее.

Удельная теплоемкость

Далее рассмотрим, какое количество энергии способна поглотить воронка. Эта величина называется удельной теплоемкостью и измеряется в джоулях на килограмм на градус. Иными словами, она определяет, сколько джоулей энергии нужно, чтобы изменить один килограмм данного материала на один градус.

Как видите, для нагревания 1 кг пластика на определенное количество градусов требуется больше тепловой энергии. Однако керамическая воронка в среднем в 4 раза тяжелее пластиковой, поэтому при таком же нагревании она поглотит примерно в 3,5 раза больше тепла.

Вот, где кроется распространенное заблуждение. Бариста то и дело говорят, что предпочитают керамические воронки, «ведь они лучше держат тепло». А ведь достоинством это не назовешь: такая воронка поглощает больше тепла из жидкости в процессе заваривания.

Теплоотдача поверхности

Наконец, тепло уходит из воронки либо конвекцией, либо излучением. Скорость конвекции зависит от температуры поверхности. Материалы, обладающие более высокой теплопроводностью, быстрее доставляют тепло к поверхности. Когда тепло достигает поверхности, материалы с меньшей удельной теплоемкостью нагреваются сильнее. Значит, пластик, обладающий меньшей теплопроводностью и большей удельной теплоемкостью, отдаст гораздо меньше тепла в результате конвекции, чем другие материалы.

Скорость теплопотери излучением зависит не только от материала, но и от структуры (в том числе от гладкости) и температуры поверхности. Поэтому вычислить этот показатель крайне сложно. При одинаковой температуре стекло, фарфор и пластик потеряют в результате излучения примерно одинаковое количество тепла. Сталь отдаст излучением значительно меньше, но это нивелируется ее высокой теплопроводностью и низкой удельной теплоемкостью, из-за которых поверхность нагреется гораздо быстрее. К тому же максимальные теплопотери излучением вдвое меньше, чем конвекцией.

Воронки с двойной стенкой

С точки зрения изолирующих свойств воздух даст фору любому материалу: его теплопроводность составляет всего 0,02 Вт/(м*К). Некоторые производители воронок пользуются этим свойством, разрабатывая модели с двойной стенкой, между которыми предусмотрена воздушная прослойка. Существуют и сетчатые воронки: бумажный фильтр минимально контактирует с их стенками и максимально – с воздухом. Сами по себе такие модели удерживают тепло лучше, но даже их предпочтительнее изготавливать из пластика.

Двойные стенки стеклянных воронок в любом случае поглотят больше тепла еще до того, как воздушная прослойка успеет себя проявить. А вот аналогичная воронка из пластика справилась бы с задачей гораздо лучше.

Площадь поверхности сетчатых металлических воронок, несмотря на структуру, все равно немаленькая. А значит, в процессе заваривания она поглотит и отдаст внешней среде достаточно много тепла. Еще какое-то количество тепла вы потеряете в результате испарения с внешней поверхности фильтра (теплопотери испарением всегда очень значительны). Гораздо лучше для этого бы подошел пенополистирол – к тому же он дешевле.

Заключение

Итак, пластик выигрывает по каждому из трех критериев: он медленнее поглощает тепло из воды в процессе заваривания, в целом поглощает меньше тепла и отдает его медленнее. Конечно, важна и конструкция воронки: особую роль играют вес и площадь поверхности. Однако, какой бы ни была модель, изготавливать воронку предпочтительнее из пластика.

Автор: Метт Пергер
Источник: baristahustle.com/blog/steel-glass-ceramic
Перевод и адаптация текста: компания Barista Coffee Roasters
Копирование материала разрешено исключительно с указанием активной ссылки на ресурс: www.barista.ua и источник статьи.

Теплопроводная керамика | Precision Ceramics USA

Использование керамики в устройствах с высокой теплопроводностью является растущим специализированным рынком. Оксидная керамика является наиболее распространенным базовым материалом. Но большинство из них ограничены 26-30 Вт/мК, что по сравнению с двумя наиболее распространенными металлами с высокой теплопроводностью, медью около 385 Вт/мК и алюминием около 150-185 Вт/мК, оставляет большой разрыв.

Цель состоит в том, чтобы увеличить теплопроводность, сохранив при этом другую ключевую особенность керамики — электрическую изоляцию.

Недавние разработки в области глинозема позволили повысить теплопроводность некоторых сортов до 39 Вт/мК, что все еще намного меньше, чем у обычно используемых металлов, но значительно выше базового уровня.

Керамические материалы, выбранные для достижения этой более высокой теплопроводности, представляют собой специализированную группу. У всех есть свои сильные и слабые стороны, и не все обладают ключевым свойством электрической изоляции.

Рассмотрим четырех претендентов, в том числе композиты на основе нитрида бора, нитрида алюминия (AlN), оксида бериллия и нитрида алюминия. Первый претендент – Shapal Hi-M Soft, композит нитрида алюминия и нитрида бора, дающий значительное увеличение теплопроводности, более 92 Вт/мК и улучшает электрическую изоляцию. Комбинация этих двух материалов также дает материалу второе преимущество — его обрабатываемость. Для обработки не требуется алмазный инструмент. Но для получения этого обрабатываемого композита нитрида алюминия и нитрида бора требуется горячее прессование, что ограничивает доступный размер материала.

Нитрид бора, еще один материал горячего прессования, также поддается механической обработке и доступен в виде более крупных кусков. Кроме того, доступно множество классов. Но только самая высокая чистота может сравниться с обрабатываемым композитом AlN/нитрид бора по теплопроводности, а в некоторых случаях может превзойти его. Сорта высокой чистоты механически слабее и мягче, чем обрабатываемый композит нитрид алюминия/нитрид бора.

Оксид бериллия на протяжении многих лет был предпочтительным материалом для некоторых высокотехнологичных проектов. Этот материал имеет теплопроводность 285 Вт/м·К, хорошую электрическую изоляцию и, поскольку оксидная керамика не имеет особых требований к азотной печи, предъявляемых к нитриду алюминия. Основным недостатком являются требования к здоровью и безопасности, связанные с этим материалом, в результате чего его используют только в специализированных приложениях, например, в требованиях военного типа.

Нитрид алюминия (AlN), как правило, используется в основном в форме подложки в качестве следующего шага по сравнению с подложками из оксида алюминия. Большая часть мирового производства AlN находится в этой форме. Теплопроводность AlN зависит от марки и качества. Промышленный стандарт, как правило, составляет 170-180 Вт/мК, с более низкими классами до 150 Вт/мК и сверхвысокой чистотой примерно до 220 Вт/мК. Компоненты AlN в трехмерной геометрии встречаются гораздо реже. Многие инженеры предпочитают использовать обрабатываемый композит нитрида алюминия, особенно на начальных этапах проектирования, но часто также и в производственных объемах, даже если он имеет более низкую теплопроводность.

Если вам нужна самая высокая теплопроводность и действительно глубокие карманы, то синтетический алмаз с теплоотдачей более 2000 Вт/мК для вас. Но ваши требования к теплопроводности должны быть экстремальными.

В таблице ниже сравнивается теплопроводность 3 электрических изоляторов (нитрид алюминия, шапал и оксид алюминия) и 2 электрических проводников (алюминий и медь):

Тепло — Теплопроводность | Характеристики тонкой керамики | Мир тонкой керамики

• ДОМ
• Характеристики тонкой керамики
• Тепло — Теплопроводность

Теплопроводность легко передает тепло

Свойство, которое измеряет, насколько хорошо тепло передается через материал, называется теплопроводностью. Среди тонкой керамики (также известной как «усовершенствованная керамика») некоторые материалы обладают высоким уровнем проводимости и хорошо передают тепло, в то время как другие обладают низким уровнем проводимости и передают меньше тепла. Нитрид алюминия и карбид кремния особенно хорошо передают тепло. Нитрид алюминия используется в корпусах полупроводников, которые излучают большое количество тепла, но не должны накапливать тепло внутри. Цирконий эффективно блокирует тепло, а его коэффициент теплопроводности низкий — 1/10 от коэффициента теплопроводности нержавеющей стали. Используется для стен печей, подвергающихся воздействию высоких температур.

Применение : Материалы с высокой теплопроводностью, такие как корпуса ИС. Материалы с низкой теплопроводностью, например, стены печи.

Введение в типы тонкой керамики (материалы) и различные характеристики

Описание

Теплопроводность

Свойство, которое измеряет, насколько легко тепло передается через материал, называется теплопроводностью. Для керамики на это свойство могут влиять такие факторы, как внутренняя пористость, границы зерен и примеси. Более высокие или более низкие уровни теплопроводности могут быть достигнуты в материалах Fine Ceramic путем контроля этих факторов.

Теплопроводность тонкой керамики

Теплопроводность создается движением электронов и передачей колебаний решетки. Металлы с малым электрическим сопротивлением и кристаллы, в которых колебания решетки легко передаются (например, кристаллы с атомами или ионами с близкими массами в узлах решетки, и ковалентные кристаллы с сильными связями), обладают высокой теплопроводностью.

Теплопроводность при комнатной температуре

Дополнительные сведения см. в разделе «Выдержка из значений графика».

Термин «тонкая керамика» взаимозаменяем с «усовершенствованной керамикой», «технической керамикой» и «инженерной керамикой». Использование зависит от региона и отрасли.

Следующая страница Химическая устойчивость

• Изоляция
• Проводимость
• Диэлектричество
• Пьезоэлектричество
• Магнетизм

Характеристики тонкой керамики

• Твердость
• Жесткость
• Прочность
• Удельный вес

Характеристики тонкой керамики

• Химическая стойкость
• Биосовместимость

Характеристики тонкой керамики

• Оптические свойства

Характеристики тонкой керамики

Люди, которые читают эту страницу, тоже читают.