请教;硅胶片,云母片,陶瓷片三者热阻那个最小
两种绝缘材料,各有优缺点,用途上也有差别。1、从热传导性能比较,云母片优于硅胶垫;在耐高压性能方面,云母也优于硅胶垫。如军工产品中多用云母材料做为绝缘导热介质;2、从加工成品率来讲,硅胶片的柔韧性很容易加工,而云母矿的脆、硬属性,使其加工成形时的成品率较低,即损耗较高,这也是其成本高于硅胶垫的原因;3、在中低压工作条件,大多数民用电子设备中,都选用硅胶垫做为器件的绝缘导热介质,即可满足使用要求,也降低了成本;4、音响设备属于低压产品,两种材料均可使用,使用效果上并无太大区别。重要的是安装时的操作规范。由于硅胶垫较软,过度紧压,会使膜片变薄,容易破损,应给予注意。
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导热陶瓷绝缘片有以下特点:
1.陶瓷片导热系数高达28.9W/(m-K)和170W/(m-K),大小不限,厚度从0.2mm~5.5mm。远比普通导热垫片的导热系数高,因此在功率器件散热要求非常苛刻的条件下得到了广泛的应用。而目前市场上常有的导热垫片的导热系数大都在2.0
W/(m-K)以下,导热系数较高的贝格斯Sil-Pad2000系列也只有3.5W/(m-K);是代替硅胶片、矽胶片、软矽胶垫、绝缘粒、云母片理想材料;
2.使用寿命较长。可以减少设备的维修次数,提高设备运行的安全性和稳定性;
3.耐高温和高压。陶瓷垫片的击穿强度在15kV~65kV,允许使用的最高温度达1600℃,能适应高温、高压、高磨损、强腐蚀的恶劣工作环境,满足电源产品在各种场合的应用要求。
测试标准:ASTM D 5470-06,MIL-I-49456A,GB 5598-85。测试样品尺寸:覆盖正方形:最小边长25.4mm,最大边长80mm,厚度小于5mm
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陶瓷PTC发热器较金属PTC的优点
陶瓷PTC加热器分为表面带电型和表面不带电型,我们这里说的是表面不带典型。
(现在很多浴霸、暖风机都采用了表面带电型的)(空调一般采用的是表面不带电型)。
目前空调行业使用的电辅加热器存在三种,一种是普通金属丝型电加热器、金属PTC加热器、陶瓷PTC加热器。
陶瓷PTC加热器因其安全、节能的优势得到越来越广泛的使用,现国内主流空调厂家基本都已采用。
金属PTC加热器其实是一种改进型的金属丝型电加热器,在生产中,其内部发热体为一种特殊的电阻丝(该电阻丝在温度升高后电阻会有一定程度的变大)。国内常用的金属PTC大概是稳定在600°C的水平。在金属PTC的散热铝管内一般会套有一根铁管,铁管内为镁粉和电阻丝。
相较于陶瓷PTC加热器,金属PTC有安全性低、节能性差、内管易氧化的3个主要缺陷:
我们测试了一支220V额定功率750W的金属PTC加热器,在高风速下,功率为790W,在无风状态下功率也达到了为520W,而表面温度可达480℃以上(管短的甚至接近600℃);如若出现发热丝分布不均匀情况时,甚至会出现管表发红情况。
我们测试额定功率为1000W的陶瓷PTC加热器,其在在高风速下,功率为1100W,在无风状态下功率只有不足200W,而表面温度最高也不会超过245℃;
通过上述试验的对比可以发现,在有风和无风时,加热器功率受散热情况浮动,金属PTC要比陶瓷PTC加热器小得多;金属PTC加热器在无风状态下(风机故障不工作时)的表面温度依然对风轮、电路等存在危险因素。因此安全性差,同时其节能性也要低于陶瓷PTC加热器。
另外,金属PTC加热器在铝管内还穿有一支铁管,而铁管在高温时是易氧化锈蚀的。而陶瓷PTC加热器外管是铝管,管内时陶瓷片和不锈钢电极,不存在氧化生锈问题。
因此,和陶瓷PTC加热器相比,金属PTC加热器和电阻丝型加热器起码存在安全性低、节能性差、内管易氧化锈蚀的3个主要缺陷。正因为这些因素,国际国内的空调厂家越来越青睐使用陶瓷PTC加热器。
只要可以降低温度,氧化铝导热陶瓷片,就可以直接做散热片。
Al2O3结构,因此陶瓷具有高熔点、高硬度,具有优良的耐磨性能。
性能特点:
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硬度大
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耐磨性能极好
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重量轻
◆
适用范围广
主要特性:
物理性能:高绝缘性、抗电击穿、耐高温、耐磨损、高强度(三米高空掉落不碎)
典型应用:强电流、强电压、高温部位、IC
MOS管、IGBT等功率管导热绝缘
认证情况:天然有机物、欧盟豁免产品、无需认证材质
导热系数:25W
耐压耐温:1600度以下高压高频设备的理想导热绝缘材料
产品主要应用:
氧化铝陶瓷片主要应用于大功率设备、IC
MOS管、IGBT贴片式导热绝缘、高频电源、通讯、机械设备,强电流、高电压、高温等需要导热散热绝缘的产品部件。
原因:
陶瓷PTC不导电,不会触电 ;热效率高 ;使用寿命长。
陶瓷PTC优点:
热阻小、换热效率高,是一种自动恒温、省电的电加热器。突出特点在于安全性能上,任何应用情况下均不会产生如电热管类加热器的表面"发红"现象,从而引起烫伤,火灾等安全隐患。
应用:
空调机、热风幕机、去湿机、干燥机、干衣机、暖风机、浴霸、汽车等需要提供暖风的设备上。
导热系数的定义是: 在稳定传热条件下,1m厚的材料,两侧表面的温差为1度(K,℃),在1秒内(1s),通过1平方米面积传递的热量,单位为瓦/米·度(W/(m·K),此处为K可用℃代替)。
材料的导热系数不仅与材料的物质种类有关,而且与它的微观结构、填料含量等有密切联系。在科学实验和工程设计中,所用材料的导热系数都需要用实验的方法精确测定。 导热系数的测定方法发展到现在已经有了许多种,它们有不同的适用领域、测量范围、精度、准确度和试样尺寸要求等,不同方法对同一样品的测量结果可能会有较大的差别,因此选择合适的测试方法是首要的。
目前导热系数的测定方法分为稳态法和非稳态法两大类,具有各自不同的测试原理。在导热硅胶行业中,常见的测试方法是稳态热板法(参照标准:ASTM D5470),瞬态平面热源法(参照标准:ISO 22007-2)。
下文将为大家介绍上述两种测试方法以及使用的测试仪器。
一、ASTM D5470
薄型导热固态电绝缘材料热传输特性的标准测试方法
该方法采用的是通常所说的稳态热流法,其测试原理是将一定厚度的样品置于上下两个平板间,对样品施加一定的热流量和压力,使用热流传感器测量通过样品的热流、测试样品的厚度、热板/ 冷板间的温度梯度,然后得出不同厚度下对应的热阻数据作直线拟合得出样品的导热系数。
这种方法的优点是:
①可以 测试产品的热阻与导热系数;
②特别适合模拟产品在实际工况下的使用状态。
缺点是:
①对产品的厚度有一定要求;
②接触热阻会影响测试结果;
③为了到达稳态,测试所需时间较长。
稳态热板法原理图
傅里叶定律:
热阻:
导热系数:
常用的测试设备如下:
DRL-II型导热系数测试仪(图)
DRL-III型导热系数测试仪(图)
LW-9389型界面材料热阻及热传导系数仪(图)
二、ISO 22007-2-2008 塑料
热传导率和热扩散率的测定
瞬态平面热源法(TPS)是目前研究材料导热性能的方法中最方便、精确的一种,由热线法改进而来。这种方法采用一个瞬间热平面探头(Hot Disk探头),我们也将其称之为Hot Disk法。Hot Disk探头由热阻性材料镍制成,包覆有绝缘材料(聚酰亚胺,云母等),探头带自加热功能。
这种方法的原理是,将带有自加热功能的温度探头放置于样品中,测试时在探头上施加一个恒定的加热功率,使其温度上升。镍的热电阻系数— 温度和电阻的关系呈线性关系,即可通过了解电阻的变化可以知道热量的损失,从而反映样品的导热性能。然后测量探头本身和与探头相隔一定距离的圆球面上的温度随时间上升的关系,通过数学模型拟合同时得到样品的导热系数和热扩散系数。
图 包覆聚酰亚胺的Hot Disk 探头
Hot Disk 固体样品放置示意图
这种方法的优点是:
①能够同时测量热导率、热扩散率以及单位体积的热容;
②测试范围广(0.005~500W/m· K)、精度高(±3%)、重复性好 (±1%)、测量时间短(单次测量 3~5min)和操作简便;
③可测试的样品种类多(液体、粉末、凝胶、高分子、复合材料等 );
④不受接触热阻的影响,其测试结果更贴近于材料本身的导热系数。
缺点是此方法适用于测均质材料的导热系数,不适合用于测各向异性材料(如石墨片 )。
典型的测试设备是瑞典的Hot Disk导热测试仪
图 Hot Disk导热测试仪
导热系数是材料本身的参数,与形状大小无关。目前已有大量的导热测试方法,但没有任何一种方法能适用于所有产品、所有场合。产品品特性、测试标准、测试环境等都会对导热系数的结果产生影响。材料的导热系数不能用不同测试方法得到的数据进行对比。要得到准确和有参考意义的结果,必须选择合适的测试方法进行测量。
最后附上我们整理的一些测试导热系数的标准方法:
一、稳态法
GB/T 3651-2008 金属高温导热系数测量方法
GB/T8722-2008 石墨材料中温导热系数测定方法
GB/T 10294-2008 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定——防护热板法
GB/T10295-2008 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定——热流计法
GB/T 10296-2008 绝热层稳态传热性质的测定——圆管法
GB/T 17357-2008 设备及管道绝热层表面热损失现场测定——热流计法
YBT4130-2005 耐火材料导热系数试验方法 水流量平板法
ASTM C177-10 用护热板法仪器测定稳态热流和传热性能的标准测试方法
ASTMC182-1998 隔热耐火砖导热系数标准测试方法
ASTM C201-1998 耐火材料导热系数标准测试方法
ASTM C202-1998 耐火砖导热系数标准测试方法
ASTM C335-05a 卧式隔热管稳态传热特性标准测试方法
ASTM C518-04 用热流计装置的稳态热传输性能标准测试方法
ASTM C680-08 采用计算机程序估算板状、柱状和球状系统表面温度和热量增减的标准操作规范
ASTM C687-07 酥松填充式建筑隔热材料热阻测量的标准操作规范
ASTM C1043-06 防护热板法设计中采用环形线加热源标准操作规范
ASTM C1044-07 在单试样模式中采用保护热板装置或薄加热器装置的标准操作规范
ASTM C1113-2004 热线法(铂电阻温度计技术)耐火材料导热系数标准测试方法
ASTM C1114-06 用薄加热器装置的稳态热传输性能标准测试方法
ASTM D5470-2012 薄型导热固态电绝缘材料热传输特性的标准测试方法
ASTM D6744-01 采用保护热流计技术测定阳极碳热导率标准试验方法
ASTM E1225-04 采用保护比较式纵向热流技术测定固体热导率标准试验方法
ASTM E1530-06 采用防护热流计技术评价材料热阻的标准测试方法
ASTM F433-02 垫片类材料热导率评价标准规程
二、瞬态法
GJB 1201.1-1991 固体材料高温热扩散率试验方法 激光脉冲法
GB/T 5990-2006 耐火材料 导热系数试验方法 热线法
GBT 10297-1998非金属固体材料导热系数测定方法
GBT 22588-2008 闪光法测量热扩散系数或导热系数
ASTM C714-05 热脉冲法测量碳和石墨热扩散率标准试验方法
ASTM C5334-00 热探针法确定土壤和软岩石导热系数的的标准测试方法
ASTM D5930-01 采用瞬态线热源技术确定塑料导热系数的标准测试方法
ISO 13826-2013 金属及其他无机涂层-通过激光脉冲法测定热喷涂陶瓷涂层的热扩散率
ISO-DIS 18555 2014 金属和其它无机涂层——热障涂层热导率的测定
ISO-FDIS 18755-2004 精制陶瓷(先进陶瓷、先进技术陶瓷)——采用激光闪光法测定陶瓷片热扩散率
ISO 22007-2-2008 塑料.热传导率和热扩散率的测定.第2部分 瞬态平面热源法
三、准稳态法
ASTM E2584-07 用热容量热计(插片式)测量材料热导率标准实施规程
原文出处: 中国热管理网 导热系数测试方法简介
PTC是Positive Temperature Coefficient 的缩写,意思是正的温度系数, 泛指正温度系数很大的半导体材料或元器件。通常我们提到的PTC是指正温度系数热敏电阻,简称PTC热敏电阻。
PTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻,超过一定的温度(居里温度)时,它的电阻值随着温
PTC电阻特性示意图
度的升高呈阶跃性的增高。