导热性能比较好的材料有哪些?
发布时间: 2024-01-05 作者: 导热散热材料

  这个问题让我不禁想起了以前看到一个视频(大家手动点一下吧 ,等哪位大神分享了视频解析工具,我再来修改哈哈哈哈):

  导热硅脂是目前应用广泛的一种导热介质,它是以硅油为原料,添加增稠剂等填充剂,在经过特殊工艺形成的一种酯状物,该物质有一定的黏稠度,无显著的颗粒感。导热硅脂的工作时候的温度一般在-50℃~220℃,它具有不错的导热性、耐高温、耐老化和防水特性。

  在器件散热过程中,经过加热达到一定状态之后,导热硅脂便呈现出半流质状态,充分填充CPU 和散热片之间的空隙,使得两者之间接合得更为紧密,进而加强热量传导。

  导热硅胶也是由硅油添加一定的化学原料,并经过化学加工而成。但和导热硅脂不同的是,在它所添加的化学原料里有某种黏性物质,因此成品的导热硅胶具有一定的黏合力。

  PS.导热硅胶容易把器件和散热器“黏死”(不建议用在cpu上的原因),所以应该依照产品结构和散热特点选择正真适合的硅胶垫片。

  软性硅胶导热绝缘垫片拥有非常良好的导热能力和高等级的耐压绝缘,傲川生产的垫片导热系数1~8W/mK不等,抗电压击穿值最高10Kv以上,是取代导热硅脂的替代产品。

  其材料本身就具有一定的柔韧性,很好的贴合功率器件与散热铝片或机器外壳间的,进而达到最好的导热及散热目的,符合目前电子行业对导热材料的要求,是替代导热硅脂导热膏的二元散热系统的最佳产品。该类产品可任意裁切,利于满足自动化生产和产品维护。

  硅胶导热绝缘垫的工艺厚度从0.5mm~10mm不等,专门为利用缝隙传递热量的设计的具体方案生产,能够填充缝隙,完成发热部位与散热部位的热传递,同时还起到减震 绝缘 密封等作用,能够很好的满足社设备小型化超薄化的设计的基本要求,是极具工艺性与使用性的新材料,阻燃防火性能符合U.L 94V-0 要求,并符合欧盟SGS环保认证。

  这种导热介质较为少见,一般应用于一些发热量较小的物体之上。它采用石墨复合材料,经过一定的化学处理,导热效果极佳,适用于电子芯片、CPU等产品的散热系统。

  在早期的Intel盒装P4处理器中,附着在散热器底部上的物质就是一种名为M751的石墨导热垫片,这种导热介质的优点是没有黏性,不会在拆卸散热器的时候将CPU从底座上“连根拔起”。

  上述几种常见的导热介质外,铝箔导热垫片、相变导热垫片(外加保护膜)等也属于导热介质,但是这一些产品在市面上很少见。

  由于导热硅脂属于一种化学物质,因此它也有反映自身工作特性的相关性能参数。我们只要了解这些参数的含义,就能判断一款导热材料的性能高低。

  导热硅脂的热传导系数与散热器的基本一致,它的单位为W/mK,即截面积为1平方米的柱体沿轴向1米距离的温差为1开尔文(1K=1℃)时的热传导功率。

  工作时候的温度是确保导热材料处于固态或液态的一个重要参数,温度过高过低都不利于散热。导热硅脂的工作时候的温度一般在-50℃~220℃。对于导热硅脂的工作温度,我们不需要过多的担心,毕竟通过常规手段很难将CPU的温度超出这个范围。

  热阻系数表示物体对热量传导的阻碍效果。热阻的概念与电阻非常类似,单位也与之相仿(℃/W),即物体持续传热功率为1W时,导热路径两端的温差。

  热阻显然是越低越好,因为相同的环境和温度与导热功率下,热阻越低,发热物体的温度就越低。热阻的大小与导热硅脂所采用的材料有很大的关系。

  对于部分没有金属顶盖保护的CPU而言,介电常数是个很重要的参数,这关系到计算机内部是不是真的存在短路的问题。

  普通导热硅脂所采用的都是绝缘性较好的材料,但是部分特殊硅脂(如含银硅脂等)则可能有一定的导电性。

  现在许多CPU都加装了用于导热和保护核心的金属顶盖,因此不用担心导热硅脂溢出而带来的短路问题。目前主流散热器所用导热硅脂的介电常数都大于5.1。

  百度搜导热系数表,能够找到非常多的材料导热数据。导热系数越高导热效果越好,金属的普遍都很高,其中纯银最高,429(单位W/m·k),纯铜也不差,400左右,金310多,铝240左右,铁80。有一些人工材料能够超过纯银,到五六百,这个我不熟悉,有兴趣自己找下。自然界中导热最高的是钻石,2300左右,是银的好几倍,如果你有钱的话,可以用啊,哈哈。另外,你也可以去搜导热管(热管),这种是具有特殊设计的管子,单方向上的导热系数能做到很高,简单搜了下,超过钻石应该问题不大。

  作为对比,一些常见材料的热导率,冰为2.2,塑料一般小于1,玻璃7.6。

  热导率是衡量材料导热能力的一项指标。热导率高的材料可以有明显效果地传递热量,还可以从环境中快速吸收热量。相反,不良的热导体会阻碍热流,并且缓慢的吸收环境的热量。根据 S.I(国际系统)指南,材料的热导率单位为瓦/米·开尔文 (W/m•K)。导热性能前十的材料及其热导率测量值概述如下。由于热导率会随着使用的导热测试设备及测量环境的不同而变化,因此这些热导率值均为平均值。

  金刚石是热导率最高的材料之一,其热导率值是铜的5倍,铜是美国产量最高的金属。金刚石原子由简单的碳主链组成,这是一种能有效传热的理想分子结构。通常,化学成分和分子结构最简单的材料通常具有最高的热导率值。金刚石是许多现代手持电子设备的重要组成部分。在电子科技类产品中可起到促进散热、保护电脑敏感零件的作用。金刚石的高热导率在鉴定珠宝中宝石的真伪时也很有用。只需在工具和技术中加入少量的金刚石,就能对导热性能产生巨大影响。

  银是一种相对便宜且储量丰富的热导体。银是许多器具的制作材料,拥有非常良好的延展性,是用途最广的金属之一。美国生产的银中有35%用于电动工具和电子科技类产品(美国地质调查局2013年矿物界)。银浆是银的副产物,由于可用于环保能源替代品,其需求正在增长。银浆可用来生产光伏电池,而光伏电池是太阳能电池板的重要组件。

  在美国,铜是制造导热器具最常用的金属。铜的熔点较高且腐蚀速度适中。还可以有实际效果的减少传热过程中的能量损失。金属锅、热水管和汽车散热器这几种器具都利用了铜的导热特性。

  黄金是一种稀有的贵金属,用于特定的导热应用。与银和铜不同,黄金正常情况下不会失去光泽,而且有着非常强的抗腐蚀性。

  氮化铝常被用作氧化铍的替代品。与氧化铍不同,氮化铝不会对生产造成健康危害,但仍表现出与氧化铍相似的化学和物理性质。氮化铝是已知具有电绝缘性和高热导率的少数材料之一。具备优秀能力的抗热震性,可用作机械芯片的电绝缘体。

  碳化硅是一种由硅原子和碳原子均衡组成的半导体。将硅和碳相融合,两者结合在一起,可形成一种非常坚硬、耐用的材料。这种混合物通常用作汽车制动器、涡轮机的部件,也常用于钢铁冶炼中。

  铝的成本较低,通常用作铜的替代品。尽管导热性能不如铜,但铝的储量丰富,且熔点较低,易于加工。铝是生产LED(发光二极管)灯的关键材料。铜铝混合物慢慢的变受欢迎,这是因为它们利用了铜和铝的特性,并且生产所带来的成本更低。

  钨的熔点高、蒸气压低,是接触高电流器具的理想材料。钨的化学性质稳定,可以在不改变电流的情况下用于电子显微镜的电极。也常用于灯泡或作为阴极射线 W/m•K

  与其他碳同素异形体相比,石墨的储量丰富、成本低且重量轻,是十分优秀的替代品。石墨是高分子混合物中的常用添加剂,可用来提高其导热性能。电池是利用石墨高热导率的常见例子。

  有少数几种金属能够与其他金属容易结合形成金属合金(两种或多种金属的混合物),锌是其中之一。在美国,有20%的锌制器具是由锌合金制成的。生产的纯锌中有40%用于镀锌。镀锌是在钢或铁表面涂镀锌层的工艺,可防止金属风化和生锈。