導(dǎo)熱材料的好壞區(qū)分方法

隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展，對(duì)材料提出更高的要求。除材料具有優(yōu)良的綜合性能之外，有些場合還要求材料具有導(dǎo)熱性能和優(yōu)良的電絕緣性能。如電磁屏蔽、電子信息、熱工測量技術(shù)領(lǐng)域廣泛使用的功率管、集成塊、熱管等;化工生產(chǎn)和廢水處理中使用的熱交換器、導(dǎo)熱管、太陽能熱水器、蓄電池的冷卻器等所需導(dǎo)熱絕緣材料;隨著微電子集成技術(shù)和組裝技術(shù)高速發(fā)展，電子元件、邏輯電路體積成千上萬倍地縮小，電子儀器日益輕薄短小化，而工作頻率急劇增加，半導(dǎo)體熱環(huán)境向高溫方向迅速變化，此時(shí)電子設(shè)備所產(chǎn)生的熱量迅速積累、增加，在使用環(huán)境溫度下要使電子元器件仍能高可靠性地正常工作，及時(shí)散熱能力成為影響其運(yùn)行的可靠性，使用壽命的重要因素，所以急需研制具有高可靠性、高散熱性的綜合性能優(yōu)異的導(dǎo)熱絕緣材料替代傳統(tǒng)材料。

怎么判斷導(dǎo)熱材料好不好呢

傅力葉方程式：

Q=KA△T/d,

R=A△T/Q Q: 熱量，W

K: 導(dǎo)熱率，W/mk

A：接觸面積

d: 熱量傳遞距離

△T：溫度差

R: 熱阻值

導(dǎo)熱率K是材料本身的固有性能參數(shù)，用于描述材料的導(dǎo)熱能力。這個(gè)特性跟材料本身的大小、形狀、厚度都是沒有關(guān)系的，只是跟材料本身的成分有關(guān)系。所以同類材料的導(dǎo)熱率都是一樣的，并不會(huì)因?yàn)楹穸炔灰粯佣兓?/span>

將上面兩個(gè)公式合并，可以得到 K=d/R。因?yàn)镵值是不變的，可以看得出熱阻R值，同材料厚度d是成正比的。也就說材料越厚，熱阻越大。

但如果仔細(xì)看一些導(dǎo)熱材料的資料，會(huì)發(fā)現(xiàn)很多導(dǎo)熱材料的熱阻值R，同厚度d并不是完全成正比關(guān)系。這是因?yàn)閷?dǎo)熱材料大都不是單一成分組成，相應(yīng)會(huì)有非線性變化。厚度增加，熱阻值一定會(huì)增大，但不一定是完全成正比的線性關(guān)系，可能是更陡的曲線關(guān)系。

根據(jù)R=A△T/Q這個(gè)公式，理論上來講就能測試并計(jì)算出一個(gè)材料的熱阻值R。但是這個(gè)公式只是一個(gè)最基本的理想化的公式，他設(shè)定的條件是：接觸面是完全光滑和平整的，所有熱量全部通過熱傳導(dǎo)的方式經(jīng)過材料，并達(dá)到另一端。 實(shí)際這是不可能的條件。所以測試并計(jì)算出來的熱阻值并不完全是材料本身的熱阻值，應(yīng)該是材料本身的熱阻值+所謂接觸面熱阻值。因?yàn)榻佑|面的平整度、光滑或者粗糙、以及安裝緊固的壓力大小不同，就會(huì)產(chǎn)生不同的接觸面熱阻值，也會(huì)得出不同的總熱阻值。

所以國際上流行會(huì)認(rèn)可設(shè)定一種標(biāo)準(zhǔn)的測試方法和條件，就是在資料上經(jīng)常會(huì)看到的ASTM D5470。這個(gè)測試方法會(huì)說明進(jìn)行熱阻測試時(shí)候，選用多大的接觸面積A，多大的熱量值Q，以及施加到接觸面的壓力數(shù)值。大家都使用同樣的方法來測試不同的材料，而得出的結(jié)果，才有相比較的意義。 通過測試得出的熱阻R值，并不完全是真實(shí)的熱阻值。物理科學(xué)就是這樣，很多參數(shù)是無法真正的量化的，只是一個(gè)“模糊”的數(shù)學(xué)概念。通過這樣的“模糊”數(shù)據(jù)，人們可以將一些數(shù)據(jù)量化，而用于實(shí)際應(yīng)用。此處所說的“模糊” 是數(shù)學(xué)術(shù)語，“模糊”表示最為接近真實(shí)的近似。

而同樣道理，根據(jù)熱阻值以及厚度，再計(jì)算出來的導(dǎo)熱率K值，也并不完全是真正的導(dǎo)熱率值。 傅力葉方程式，是一個(gè)完全理想化的公式。我們可用來理解導(dǎo)熱材料的原理。但實(shí)際應(yīng)用、熱阻計(jì)算是復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，會(huì)有很多的修正公式，來完善所有的環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的問題。

1. 同樣的材料，導(dǎo)熱率是一個(gè)不變的數(shù)值，熱阻值是會(huì)隨厚度發(fā)生變化的。

2. 同樣的材料，厚度越大，可簡單理解為熱量通過材料傳遞出去要走的路程越多，所耗的時(shí)間也越多，效能也越差。

3. 對(duì)于導(dǎo)熱材料，選用合適的導(dǎo)熱率、厚度是對(duì)性能有很大關(guān)系的。選擇導(dǎo)熱率很高的材料，但是厚度很大，也是性能不夠好的。最理想的選擇是：導(dǎo)熱率高、厚度薄，完美的接觸壓力保證最好的界面接觸。

4、使用什么導(dǎo)熱材料，理論上來講是很困難的一件事情。很難真正的通過一些簡單的數(shù)據(jù)，來準(zhǔn)確計(jì)算出選用何種材料合適。更多的是靠測試和對(duì)比，還有經(jīng)驗(yàn)。測試能達(dá)到產(chǎn)品要求的理想效果，就是最為合適的材料。