Теплопроводность алюминиевых сплавов
01.10.2019
Теплопроводностью называется свойство передавать энергию от нагреваемого участка материала к более холодному участку. Показатель учитывается при расчетах в изготовлении различных сплавов.
Сведения о показателе теплопроводности
Процесс передачи тепла в теле любого вещества происходит между атомными и молекулярными связями материала, в которых температурный режим неравномерный.
Любое вещество нагревается постепенно, передавая энергию тепла от участка к участку. Это теплоотдача зависит от состояния вещества.
Проводимость тепла зависит от:
1. Агрегатного состояния вещества,
2. Скорости нагрева.
3. Показателя плотности.
4. Температуры плавления.
Коэффициентом проводимости тепла называется — количество теплоты, проходящей через единицу площади материала за определённый промежуток времени при изменении температур.
От чего зависит проводимость тепла
Алюминий имеет структуру кристалла — куб.
При температуре 200С удельный вес = 2,7 г/см3.
Температурный показатель плавления равен от +657 до +660,2 0С.
Если алюминий повышенной чистоты, то металл начинает плавиться при +1800 до 2060 0С. Удельная теплоемкость в период нагревания повышается, так же повышается коэффициенты расширения и теплопроводности
Теплопроводность алюминия, по сравнению с другими металлами считается высокой.
Алюминий вступая в реакцию с кислородом, образовывает оксидную плёнку на поверхности. Последняя предохраняет металл от дальнейшего окисления.
Алюминиевые сплавы обладают уникальными свойствами:
1. При плавлении алюминия, находящийся в ней водород растворяется, что приводит к образованию пор в металле. При наличии в составе примесей кальция, калия или натрия, так же приводит к пористости.
3. К некоторым химическим элементам алюминий сплавы остаются инертны. Наличия таких веществ, как сера и её производные выпадают в осадок, образовывая шлак, на изменении структуры и на свойства сплавов не влияют.
4. Под воздействием азота, фосфора или углерода свойства материала не изменяются.
Прочность алюминия в чистом виде невысокая, поэтому для производства готовых изделий, технология литья используется крайне редко. Как правило это разливного вида чушки, изготавливаемы е для дальнейшего проката и ковки.
Теплопроводность алюминиевых сплавов
Продукция из алюминиевых сплавов делится по видам технологического цикла:
1. Литейные. Выполнять литых изделий.
2. Деформируемые. Под давлением придается форма (прессовка, ковка, штамповка).
Алюминиевые изделия, используемые в строительстве, изготавливается из сплава повышенной прочности.
1. Теплопроводность.
2. Переход от одного агрегатного состояния к другому.
3. Наличие легирующих присадок, влияющих на качество продукции и показатель долговечности (прочности).
Сведения о теплопроводности указаны в справочной литературе, но основными критериями оценки будут:
1. Плотность.
2. Теплопроводность.
3. Линейное расширение (коэффициент).
4. Температура, при которой изменяется прочность.
5. Устойчивость к коррозии.
6. Удельное электросопротивление.
После проведения анализа, несложно установить коэффициент зависимости теплопроводности от температуры металла.
Какие алюминиевые сплавы обладают большей теплопроводностью
Если алюминиевые изделия в состав которого включается медью, цинк, магний или кремний, то процент теплопроводности в них заметно увеличивается, по отношению к алюминию в чистом виде.
Таблица по теплопроводности:
Проводимость тепла увеличивается с ростом температуры. Сплав АД1 отличается большей теплопроводностью. Используется для производства профилей, штамповок, слитков и другой аналогичной продукции.
Наивысшая теплопроводность алюминиевых сплавов в обычных условиях отмечается у алюминиевого сплава АД1 — теплопроводность при 20 0С — равняется 210 Вт/(м•град).
Самая низкая теплопроводность алюминиевых сплавов зафиксирована у литейных сплавов АК4, АЛ1, АЛ8.
Теплопроводность алюминия — это технический параметр, характеризующий свойства металла и сплавы на его основе. Значение этого показателя учитывается при формировании составов для изготовления литейных, деформируемых изделий, промышленного производства деталей и установок.
Характеристики теплопроводности учитываются при использовании его в производстве.
Характеристика теплопроводности материалов
Понятие теплопроводности материалов характеризуется способностью переносить тепловую энергию в пределах определенного объекта от нагретых частей к холодным. Процесс осуществляется атомами, молекулами, электронами и происходит в любых телах с неравномерным распределением температуры.
С позиций кинетической физики этот процесс происходит в результате взаимодействия частиц молекул более нагретых участков в пределах образца с другими элементами, отличающимися низшей температурой. Механизм и скорость переноса теплоты зависит от агрегатного состояния вещества.
Категория теплопроводности предусматривает определение скорости нагревания образца материала и перемещение температурной волны в определенном направлении. Показатель зависит от физических параметров:
- плотности;
- температуры фазового перехода в жидкое состояние
- скорости распространения звука (для диэлектриков).
Коэффициент теплопроводности равен количеству теплоты, которая проходит через единицу площади однородного материала за единицу времени при разнице температуры.
Физические свойства алюминия
Химический элемент алюминий имеет кубическую кристаллическую структуру. Его удельный вес при 20 °C составляет 2,7 г/см³, температура плавления – +657…+660,2 °C, скрытая теплота плавления – 94,6 °C.
Алюминий высокой чистоты кипит при +1800…+2060 °C. При нагревании увеличивается показатель удельной теплоемкости металла, проводимость тепла и коэффициент линейного расширения.
Электропроводность алюминия возрастает с понижением температуры: при 189 °C составляет 156 ед., а при 400 °C – 12,5.
Среди химических элементов алюминий отличается высокой активностью. Он легко реагирует с кислородом, образуя плотную окисную пленку, предохраняющую металл от дальнейшего влияния среды.
Свойства сплавов определяются входящими в его состав элементами.
По мере повышения температуры в металле растворяется водород, повышающий пористость материала. Примеси щелочных химических элементов (калия, натрия, кальция), кремния, магния способствуют резкому увеличению пористости алюминия.
Добавки меди, ниобия, никеля, марганца, железа, хрома, ванадия, циркония создают однородную структуру при остывании расплавленного материала. Влияние лигатурных добавок других компонентов на физические свойства металла и его сплавы учитывается в технологии литья изделий.
Наличие дополнительных материалов изменяет показатель проводимости тепла состава и температуру плавления. Например, при обычных условиях формирования алюминиевых сплавов сера и ее соединения уходят в шлак, не оказывая вредного влияния на свойства состава.
Такое же воздействие имеют фосфор, углерод, азот. Они не изменяют механические свойства сплава. Для производства литейных изделий из-за пониженной прочности чистый алюминий применяется редко.
Коррозионная стойкость металла тем выше, чем ниже в нем содержание примесей железа и кремния. Но их наличие несколько повышает прочность материала, снижая при этом пластичность и электропроводность.
Технические характеристики некоторых сплавов на основе алюминия
По технологическим особенностям сплавы подразделяются на основные группы:
- литейные — обладают повышенными литейными технологическими свойствами;
- деформируемые — легко поддаются обработке под давлением.
Например, создание алюминиевой конструкции, используемой в строительстве, требует особого вида сплава с повышенной прочностью, выдерживающего давление и нагрузку.
В зависимости от назначения составов на основе алюминия при их формировании руководствуются нормами и правилами, учитывающими:
- проводимость тепла материалом;
- точку перехода из расплава в твердое состояние;
- наличие лигатурных компонентов, влияющих на технические параметры состава и повышающих прочность.
Соотношение основного компонента к добавкам влияет на показатель проводимости тепла сплава, учитывающегося при изготовлении радиаторов и других видов изделий, предназначенных для монтажа тепловых коммуникаций.
Сводные данные о проводимости тепла алюминиевых сплавов собраны в специальных справочниках. В них приводятся значения распространенных сплавов металла с кремнием, магнием, медью, цинком, дюралюминия. Имеются характеристики литейных сплавов при различных температурах с указанием теплофизических свойств состава. Основными считаются показатели:
- плотности;
- коэффициента теплопроводности;
- коэффициента линейного теплового расширения;
- температуры изменения прочности;
- коррозионной устойчивости на воздухе;
- удельного электрического сопротивления.
Анализ данных свидетельствует о зависимости коэффициента теплопроводности от роста температуры и состава материала. Низкая теплопроводность свойственна в основном литейным составам на основе алюминия с маркировками АК4, АЛ1, АЛ8.
Наиболее высокой плотностью обладают составы основного компонента с кремнием, цинком. Из легких материалов наиболее плотным является состав, содержащий магний. Содержание меди в материале повышает его прочность и устойчивость к коррозии.
Самые плотные сплавы с цинком и магнием
Чем выше содержание в составе на основе алюминия, тем больше его теплопроводность, которая увеличивается при нагревании материала. Наличие лития в составе сплава приводит к уменьшению значения коэффициента теплопроводности.
Удельная теплоемкость сплава с содержанием магния и кремния увеличивается при нагревании. Среди алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Mn наиболее теплопроводным является деформируемый состав Д20.
Он содержит в незначительных количествах (0,05–7%) примеси железа, кремния, марганца, титана, циркония, магния, цинка и 91–93,5% алюминия и предназначен для изготовления сварных изделий, работающих при комнатных или кратковременно повышенных температурах.
Теплопроводность металлов и сплавов: таблица
Все изделия, используемые человеком, способны передавать и сохранять температуру прикасаемого к ним предмета или окружающей среды. Способность отдачи тепла одного тела другому зависит от вида материала, через который проходит процесс. Свойства металлов позволяют передавать тепло от одного предмета другому, с определенными изменениями, в зависимости от структуры и размера металлической конструкции. Теплопроводность металлов — один из параметров, определяющих их эксплуатационные возможности.
Что такое теплопроводность и для чего нужна
Процесс переноса энергии атомов и молекул от горячих предметов к изделиям с холодной температурой, осуществляется при хаотическом перемещении движущихся частиц. Такой обмен тепла зависит от агрегатного состояния металла, через который проходит передача. В зависимости от химического состава материала, теплопроводность будет иметь различные характеристики. Данный процесс называют теплопроводностью, он заключается в передаче атомами и молекулами кинетической энергии, определяющей нагрев металлического изделия при взаимодействии этих частиц, или передается от более теплой части – к той, которая меньше нагрета.
Способность передавать или сохранять тепловую энергию, позволяет использовать свойства металлов для достижения необходимых технических целей в работе различных узлов и агрегатов оборудования, используемого в народном хозяйстве. Примером такого применения может быть паяльник, нагревающийся в средней части и передающий тепло на край рабочего стержня, которым выполняют пайку необходимых элементов. Зная свойства теплопроводности, металлы применяют во всех отраслях промышленности, используя необходимый параметр по назначению.
Понятие термического сопротивления и коэффициента теплопроводности
Если теплопроводность характеризует способность металлов передавать температуру тел от одной поверхности к иной, то термическое сопротивление показывает обратную зависимость, т.е. возможность металлов препятствовать такой передаче, иначе выражаясь, – сопротивляться. Высоким термическим сопротивлением обладает воздух. Именно он, больше всего, препятствует передаче тепла между телами.
Количественную характеристику изменения температуры единицы площади за единицу времени на один градус (К), называют коэффициентом теплопроводности. Международной системой единиц принято измерять этот параметр в Вт/м*град. Эта характеристика очень важна при выборе металлических изделий, которые должны передавать тепло от одного тела к другому.
Таблица 1
|
Металл |
Коэффициент теплопроводности металлов при температура, °С |
||||
|
— 100 |
0 |
100 |
300 |
700 |
|
|
Алюминий |
2,45 |
2,38 |
2,30 |
2,26 |
0,9 |
|
Бериллий |
4,1 |
2,3 |
1,7 |
1,25 |
0,9 |
|
Ванадий |
— |
— |
0,31 |
0,34 |
— |
|
Висмут |
0,11 |
0,08 |
0,07 |
0,11 |
0,15 |
|
Вольфрам |
2,05 |
1,90 |
1,65 |
1,45 |
1,2 |
|
Гафний |
— |
— |
0,22 |
0,21 |
— |
|
Железо |
0,94 |
0,76 |
0,69 |
0,55 |
0,34 |
|
Золото |
3,3 |
3,1 |
3,1 |
— |
— |
|
Индий |
— |
0,25 |
— |
— |
— |
|
Иридий |
1,51 |
1,48 |
1,43 |
— |
— |
|
Кадмий |
0,96 |
0,92 |
0,90 |
0,95 |
0,44 (400°) |
|
Калий |
— |
0,99 |
— |
0,42 |
0,34 |
|
Кальций |
— |
0,98 |
— |
— |
— |
|
Кобальт |
— |
0,69 |
— |
— |
— |
|
Литий |
— |
0,71 |
0,73 |
— |
— |
|
Магний |
1,6 |
1,5 |
1,5 |
1,45 |
— |
|
Медь |
4,05 |
3,85 |
3,82 |
3,76 |
3,50 |
|
Молибден |
1,4 |
1,43 |
— |
— |
1,04 (1000°) |
|
Натрий |
1,35 |
1,35 |
0,85 |
0,76 |
0,60 |
|
Никель |
0,97 |
0,91 |
0,83 |
0,64 |
0,66 |
|
Ниобий |
0,49 |
0,49 |
0,51 |
0,56 |
— |
|
Олово |
0,74 |
0,64 |
0,60 |
0,33 |
— |
|
Палладий |
0,69 |
0,67 |
0,74 |
— |
— |
|
Платина |
0,68 |
0,69 |
0,72 |
0,76 |
0,84 |
|
Рений |
— |
0,71 |
— |
— |
— |
|
Родий |
1,54 |
1,52 |
1,47 |
— |
— |
|
Ртуть |
0,33 |
0,09 |
0.1 |
0,115 |
— |
|
Свинец |
0,37 |
0,35 |
0,335 |
0,315 |
0,19 |
|
Серебро |
4,22 |
4,18 |
4,17 |
3,62 |
— |
|
Сурьма |
0,23 |
0,18 |
0,17 |
0,17 |
0,21 |
|
Таллий |
|
0,41 |
0,43 |
0,49 |
0,25 (400 0) |
|
Тантал |
0,54 |
0,54 |
— |
— |
— |
|
Титан |
— |
— |
0,16 |
0,15 |
— |
|
Торий |
— |
0,41 |
0,39 |
0,40 |
0,45 |
|
Уран |
— |
0,24 |
0,26 |
0,31 |
0,40 |
|
Хром |
— |
0,86 |
0,85 |
0,80 |
0,63 |
|
Цинк |
1,14 |
1,13 |
1,09 |
1,00 |
0,56 |
|
Цирконий |
— |
0,21 |
0,20 |
0,19 |
— |
От чего зависит показатель теплопроводности
Изучая способность передачи тепла металлическими изделиями выявлено, что теплопроводность зависит от:
- вида металла;
- химического состава;
- пористости;
- размеров.
Металлы имеют различное строение кристаллической решетки, а это может изменить теплопроводность материала. Так, например, у стали и алюминия, особенности строения микрочастиц влияют по-разному на скорость передачи тепловой энергии через них.
Коэффициент теплопроводности может иметь различные значения для одного и того же металла при изменении температуры воздействия. Это связано с тем, что у разных металлов градус плавления отличается, а значит, при других параметрах окружающей среды, свойства материалов также будут отличаться, а это отразится на теплопроводности.
Методы измерения
Для измерения теплопроводности металлов используют два метода: стационарный и нестационарный. Первый характеризуется достижением постоянной величины изменившейся температуры на контролируемой поверхности, а второй – при частичном изменении таковой.
Стационарное измерение проводится опытным путем, требует большого количества времени, а также применения исследуемого металла в виде заготовок правильной формы, с плоскими поверхностями. Образец располагают между нагретой и охлажденной поверхностью, а после прикосновения плоскостей, измеряют время, за которое заготовка может увеличить температуру прохладной опоры на один градус по Кельвину. Когда рассчитывают теплопроводность, обязательно учитывают размеры исследуемого образца.
Нестационарную методику исследований используют в редких случаях из-за того, что результат, зачастую, бывает необъективным. В наши дни никто, кроме ученых, не занимается измерением коэффициента, все используют, давно выведенные опытным путем, значения для различных материалов. Это обусловлено постоянством данного параметра при сохранении химического состава изделия.
Теплопроводность стали, меди, алюминия, никеля и их сплавов
Обычное железо и цветные металлы имеют разное строение молекул и атомов. Это позволяет им отличаться друг от друга не только механическими, но и свойствами теплопроводности, что, в свою очередь, влияет на применение тех или иных металлов в различных отраслях хозяйства.
Таблица 2
Сталь имеет коэффициент теплопроводности, при температуре окружающей среды 0 град. (С), равный 63, а при увеличении градуса до 600, он снижается до 21 Вт/м*град. Алюминий, в таких же условиях, наоборот – увеличит значение от 202 до 422 Вт/м*град. Сплавы из алюминия, будут также повышать теплопроводность, по мере увеличения температуры. Только величина коэффициента будет на порядок ниже, в зависимости от количества примесей, и колебаться в пределах от 100 до 180 единиц.
Медь, при изменении температуры в тех же пределах, будет уменьшать теплопроводность от 393 до 354 Вт/м*град. При этом, медь содержащие сплавы латуни будут иметь такие же свойства, как и алюминиевые, а значение теплопроводности будет изменяться от 100 до 200 единиц, в зависимости от количества цинка и других примесей в составе сплава латуни.
Коэффициент теплопроводности чистого никеля считается низким, он будет менять свое значение от 67 до 57 Вт/м*град. Сплавы с содержанием никеля, будут также иметь коэффициент с пониженным значением, который, благодаря содержанию железа и цинка, колеблется от 20 до 50 Вт/м*град. А наличие хрома, позволит понизить теплопроводность в металлах до 12 единиц, с небольшим увеличением этой величины, при нагреве.
Применение
Агрегатное состояние материалов имеет отличительную структуру строения молекул и атомов. Именно это оказывает большое влияние на металлические изделия и их свойства, в зависимости от назначения.
Отличающийся химический состав узлов и деталей из железа, позволяет обладать различной теплопроводностью. Это связано со структурой таких металлов как чугун, сталь, медь и алюминий. Пористость чугунных изделий способствует медленному нагреванию, а плотность медной структуры – наоборот, ускоряет процесс теплоотдачи. Эти свойства используют для быстрого отвода тепла или постепенного нагревания продукции инертного назначения. Примером использования свойств металлических изделий является:
- кухонная посуда с различными свойствами;
- оборудование для пайки труб;
- утюги;
- подшипники качения и скольжения;
- сантехническое оборудование для подогрева воды;
- приборы отопления.
Медные трубки широко используют в радиаторах автомобильных систем охлаждения и кондиционеров, применяемых в быту. Чугунные батареи сохраняют тепло в квартире, даже при непостоянной подаче теплоносителя требуемой температуры. А радиаторы из алюминия, способствуют быстрой передаче тепла отапливаемому помещению.
При возникновении высокой температуры, в результате трения металлических поверхностей, также важно учитывать теплопроводность изделия. В любом редукторе или другом механическом оборудовании, способность отводить тепло, позволит деталям механизма сохранить прочность и не быть подвергнутыми разрушению, в процессе эксплуатации. Знание свойств теплопередачи различных материалов, позволит грамотно применить те или иные сплавы из цветных или черных металлов.
Оцените статью:Рейтинг: 5/5 — 1 голосов
Алюминий – это пластичный и лёгкий металл белого цвета, покрытый серебристой матовой оксидной плёнкой. В периодической системе Д. И. Менделеева этот химический элемент обозначается, как Al (Aluminium) и находится в главной подгруппе III группы, третьего периода, под атомным номером 13. Купить алюминий вы можете на нашем сайте.
История открытия
В 16 веке знаменитый Парацельс сделал первый шаг к добыче алюминия. Из квасцов он выделил «квасцовую землю», которая содержала оксид неизвестного тогда металла. В 18 веке к этому эксперименту вернулся немецкий химик Андреас Маргграф. Оксид алюминия он назвал «alumina», что на латинском языке означает «вяжущий». На тот момент металл не пользовался популярностью, так как не был найден в чистом виде.
Долгие годы выделить чистый алюминий пытались английские, датские и немецкие учёные. В 1855 году в Париже на Всемирной выставке металл алюминий произвёл фурор. Из него делали только предметы роскоши и ювелирные украшения, так как металл был достаточно дорогим. В конце 19 века появился более современный и дешёвый метод получения алюминия. В 1911 году в Дюрене выпустили первую партию дюралюминия, названного в честь города. В 1919 из этого материала был создан первый самолёт.
Физические свойства
Металл алюминий характеризуется высокой электропроводностью, теплопроводностью, стойкостью к коррозии и морозу, пластичностью. Он хорошо поддаётся штамповке, ковке, волочению, прокатке. Алюминий хорошо сваривается различными видами сварки. Важным свойством является малая плотность около 2,7 г/см³. Температура плавления составляет около 660°С.
Механические, физико-химические и технологические свойства алюминия зависят от наличия и количества примесей, которые ухудшают свойства чистого металла. Основные естественные примеси – это кремний, железо, цинк, титан и медь.
По степени очистки различают алюминий высокой и технической чистоты. Практическое различие заключается в отличии коррозионной устойчивости к некоторым средам. Чем чище металл, тем он дороже. Технический алюминий используется для изготовления сплавов, проката и кабельно-проводниковой продукции. Металл высокой чистоты применяют в специальных целях.
По показателю электропроводности алюминий уступает только золоту, серебру и меди. А сочетание малой плотности и высокой электропроводности позволяет конкурировать в сфере кабельно-проводниковой продукции с медью. Длительный отжиг улучшает электропроводность, а нагартовка ухудшает.
Теплопроводность алюминия повышается с увеличением чистоты металла. Примеси марганца, магния и меди снижают это свойство. По показателю теплопроводности алюминий проигрывает только меди и серебру. Благодаря этому свойству металл применяется в теплообменниках и радиаторах охлаждения.
Алюминий обладает высокой удельной теплоёмкостью и теплотой плавления. Эти показатели значительно больше, чем у большинства металлов. Чем выше степень чистоты алюминия, тем больше он способен отражать свет от поверхности. Металл хорошо полируется и анодируется.
Алюминий имеет большое сродство к кислороду и покрывается на воздухе тонкой прочной плёнкой оксида алюминия. Эта плёнка защищает металл от последующего окисления и обеспечивает его хорошие антикоррозионные свойства. Алюминий обладает стойкостью к атмосферной коррозии, морской и пресной воде, практически не вступает во взаимодействия с органическими кислотами, концентрированной или разбавленной азотной кислотой.
Химические свойства
Алюминий — это достаточно активный амфотерный металл. При обычных условиях прочная оксидная плёнка определяет его стойкость. Если разрушить оксидную плёнку, алюминий выступает как активный металл-восстановитель. В мелкораздробленном состоянии и при высокой температуре металл взаимодействует с кислородом. При нагревании происходят реакции с серой, фосфором, азотом, углеродом, йодом. При обычных условиях металл взаимодействует с хлором и бромом. С водородом реакции не происходит. С металлами алюминий образует сплавы, содержащие интерметаллические соединения – алюминиды.
При условии очищения от оксидной пленки, происходит энергичное взаимодействие с водой. Легко протекают реакции с разбавленными кислотами. Реакции с концентрированной азотной и серной кислотой происходят при нагревании. Алюминий легко реагирует со щелочами. Практическое применение в металлургии нашло свойство восстанавливать металлы из оксидов и солей – реакции алюминотермии.
Получение
Алюминий находится на первом месте среди металлов и на третьем среди всех элементов по распространённости в земной коре. Приблизительно 8% массы земной коры составляет именно этот металл. Алюминий содержится в тканях животных и растений в качестве микроэлемента. В природе он встречается в связанном виде в форме горных пород, минералов. Каменная оболочка земли, находящаяся в основе континентов, формируется именно алюмосиликатами и силикатами.
Алюмосиликаты – это минералы, образовавшиеся в результате вулканических процессов в соответствующих условиях высоких температур. При разрушении алюмосиликатов первичного происхождения (полевые шпаты) сформировались разнообразные вторичные породы с более высоким содержанием алюминия (алуниты, каолины, бокситы, нефелины). В состав вторичных пород алюминий входит в виде гидроокисей или гидросиликатов. Однако не каждая алюминийсодержащая порода может быть сырьём для глинозёма – продукта, из которого при помощи метода электролиза получают алюминий.
Наиболее часто алюминий получают из бокситов. Залежи этого минерала распространены в странах тропического и субтропического пояса. В России также применяются нефелиновые руды, месторождения которых располагаются в Кемеровской области и на Кольском полуострове. При добыче алюминия из нефелинов попутно также получают поташ, кальцинированную соду, цемент и удобрения.
В бокситах содержится 40-60% глинозёма. Также в составе имеются оксид железа, диоксид титана, кремнезём. Для выделения чистого глинозёма используют процесс Байера. В автоклаве руду нагревают с едким натром, охлаждают, отделяют от жидкости «красный шлам» (твёрдый осадок). После осаждают гидроокись алюминия из полученного раствора и прокаливают её для получения чистого глинозёма. Глинозём должен соответствовать высоким стандартам по чистоте и размеру частиц.
Из добытой и обогащённой руды извлекают глинозём (оксид алюминия). Затем методом электролиза глинозём превращают в алюминий. Заключительным этапом является восстановление процессом Холла-Эру. Процесс заключается в следующем: при электролизе раствора глинозёма в расплавленном криолите происходит выделение алюминия. Катодом служит дно электролизной ванны, а анодом – угольные бруски, находящиеся в криолите. Расплавленный алюминий осаждается под раствором криолита с 3-5% глинозёма. Температура процесса поднимается до 950°С, что намного превышает температуру плавления самого алюминия (660°С). Глубокую очистку алюминия проводят зонной плавкой или дистилляцией его через субфторид.
Применение
Алюминий применяется в металлургии в качестве основы для сплавов (дуралюмин, силумин) и легирующего элемента (сплавы на основе меди, железа, магния, никеля). Сплавы алюминия используются в быту, в архитектуре и строительстве, в судостроении и автомобилестроении, а также в космической и авиационной технике. Алюминий применяется при производстве взрывчатых веществ. Анодированный алюминий (покрытый окрашенными плёнками из оксида алюминия) применяют для изготовления бижутерии. Также металл используется в электротехнике.
Рассмотрим, как используют различные изделия из алюминия.
Алюминиевая лента представляет собой тонкую алюминиевую полосу толщиной 0,3-2 мм, шириной 50-1250 мм, которая поставляется в рулонах. Используется лента в пищевой, лёгкой, холодильной промышленности для изготовления охлаждающих элементов и радиаторов.
Круглая алюминиевая проволока применяется для изготовления кабелей и проводов для электротехнических целей, а прямоугольная для обмоточных проводов.
Алюминиевые трубы отличаются долговечностью и стойкостью в условиях сельских и городских промышленных районов. Применяются они в отделочных работах, дорожном строительстве, конструкции автомобилей, самолётов и судов, производстве радиаторов, трубопроводов и бензобаков, монтаже систем отопления, магистральных трубопроводов, газопроводов, водопроводов.
Алюминиевые втулки характеризуются простотой в обработке, монтаже и эксплуатации. Используются они для концевого соединения металлических тросов.
Алюминиевый круг — это сплошной профиль круглого сечения. Используется это изделие для изготовления различных конструкций.
Алюминиевый пруток применяется для изготовления гаек, болтов, валов, крепежных элементов и шпинделей.
Около 3 мг алюминия каждый день поступает в организм человека с продуктами питания. Больше всего металла в овсянке, горохе, пшенице, рисе. Учёными установлено, что он способствует процессам регенерации, стимулирует развитие и рост тканей, оказывает влияние на активность пищеварительных желёз и ферментов.
Алюминиевый лист
Алюминиевая плита
Алюминиевые чушки
Алюминиевые уголки
Алюминиевая проволока
При использовании алюминиевой посуды в быту необходимо помнить, что хранить и нагревать в ней можно исключительно нейтральные жидкости. Если же в такой посуде готовить, к примеру, кислые щи, то алюминий поступит в еду, и она будет иметь неприятный «металлический» привкус.
Алюминий входит в состав лекарственных препаратов, используемых при заболеваниях почек и желудочно-кишечного тракта.
Основные свойства
Алюминий — химический элемент третей группы периодической системы Д.И. Менделеева.
| Плотность , (кг/м3) | 2,7 |
| Температура плавления Тпл, °С | 660 |
| Температура кипения Ткип, °С | 2 327 |
| Скрытая теплота плавления, Дж/г | 393,6 |
| Теплопроводность l , Вт/м град (при 20° С) | 228 |
| Теплоемкость Ср, Дж/(г · град) (при 0–100°С) | 0,88 |
| Коэффициент линейного расширения α × 10-6, 1/°С (пр°С) | 24,3 |
| Удельное электросопротивление ρ × 10-8, Ом× м (при 20°С) | 2,7 |
| Предел прочности σ в, МПа | 40–60 |
| Относительное удлинение δ , % | 40–50 |
| Твердость по Бринеллю НВ | 25 |
| Модуль нормальной упругости E , ГПа | 70 |
Плотность алюминия
Плотность твердого и расплавленного алюминия снижается по мере увеличения его чистоты:
| Степень чистоты, % | 99,25 | 99,40 | 99,75 | 99.97 | 99,996 | 99.9998 |
| Плотность при 20°С, г/см3 | 2,727 | 2,706 | 2,703 | 2,6996 | 2,6989 | 2,69808 |
| Степень чистоты, % | 99,25 | 99.40 | 99.75 |
| Плотность, г/см3 | 2,311 | 2,291 | 2,289 |
Температура плавления и кипения.
В момент плавления алюминия возрастает объем металла: для алюминия чистотой 99,65 % — на 6,25%, для более чистого металла — на 6,60 %. По мере повышения степени чистоты алюминия температура его плавления возрастает:
| Степень чистоты, % | 99,2 | 99,5 | 99,6 | 99,97 | 99,996 |
| Температура плавления, °С | 657 | 658 | 659,7 | 659,8 | 660,24 |
Теплопроводность алюминия
Теплопроводность алюминия повышается с увеличением степени его чистоты. Для технического алюминия (99,49 и 99,70%) теплопроводность при 200°С равна соответственно 209 и 222 Вт/(м×К). Для электролитически рафинированного алюминия чистотой 99,9% теплопроводность при 190°С возрастает до 343 Вт/(м×К). Примеси меди, магния и марганца в алюминии снижают его теплопроводность. Например, добавка 2 % Mn к алюминию снижает теплопроводность с 209 до 126 Вт/(м×К).
Электропроводность алюминия
Алюминий отличается высокой электропроводностью (четвертое место среди металлов — после серебра, меди и золота). Удельная электропроводность алюминия чистотой 99,99 % при 20°С равна 37,9 мкСм×м, что составляет 63,7% от электропроводности меди [59,5 мкСм×м]. Более чистый алюминий [99,999 %] обладает электропроводностью, равной 65,9% от электропроводности меди.
На электропроводность алюминия влияет ряд факторов: степень деформации, режим термической обработки и т. д., решающую же роль играет природа примесей, присутствующих в алюминии. Примеси по их отрицательному влиянию на электропроводность алюминия можно расположить в следующий ряд: Cr, V, Mn, Ti, Mg, Ag, Сu, Zn, Si, Fe Ni.
Наиболее отрицательное влияние на электросопротивление алюминия оказывают примеси Сг, V, Мп и Ti . Поэтому в алюминии для электротехнической промышленности сумма Cr+V+Mn+Ti не должна превышать 0,015% (марка А5Е) и даже 0,01 % (А7Е) при содержании кремния соответственно 0,12 и 0,16 %.
Основными примесями в алюминии являются кремний, железо, медь, цинк и титан. При малых содержаниях кремния в алюминии (0,06%) величина Fe : Si (в пределах от 0,8 до 3,8) сравнительно мало влияет на его электросопротивление. При увеличении содержания кремния до 0,15—0,16% влияние Fe : Si возрастает. Ниже приведено влияние Fe : Si на электропроводность алюминия:
| Fe : Si | 1,07 | 1,44 | 2,00 | 2,68 | 3,56 |
| Удельное электросопротивление алюминия, ×10-2 мкОм·мм: | |||||
| нагартованного | 2,812 | 2,816 | 2,822 | 2,829 | 2,838 |
| отожженного | 2,769 | 2,771 | 2,778 | 2,783 | 2,788 |
Удельное электрическое сопротивление отожженной алюминиевой проволоки (ρ, мкОм·м) при 20°С в зависимости от содержания примесей можно приблизительно определить по следующей формуле: ρ=0,0264+0,007×(% Si)+0,0007×(% Fe) + 0,04×[% (Cr+V + Mn + Ti)].
Отражательная способность
С повышением степени чистоты алюминия возрастает его способность отражать свет от поверхности. Так, степень отражения белого света от прокатанных алюминиевых листов (фольги) в зависимости от чистоты металла, возрастает следующим образом: для Аl 99,2%—75%, Аl 99,5%—84% и для Аl 99,8%—86%. Поверхность листа, изготовленного из электролитически рафинированного алюминия чистотой 99,996%, отражает 90% падающего на него белого света.
Свойства алюминия
Физические свойства алюминия
Основные физические свойства алюминия и алюминиевых сплавов, которые являются полезными для применения:
Эти свойства алюминия представлены ниже в таблицах [1]. Они могут рассматриваться только как основание для сравнения сплавов и их состояний и не должны применяться для инженерных расчетов. Они не являются гарантированными величинами, поскольку в большинстве случаев являются осредненными значениями для изделий с различными размерами, формами и методами изготовления. Поэтому они не могут быть в точности репрезентативными для изделий любых размеров и форм.
Номинальные величины плотности популярных алюминиевых сплавов представлены для отожженного состояния (О). Различия в плотности связаны с тем, что сплавы имеют различные легирующие элементы и в разных количествах: кремний и магний легче алюминия (2,33 и 1,74 г/см3), а железо, марганец, медь и цинк – тяжелее (7,87; 7,40; 8,96 и 7,13 г/см3).
О влиянии физических свойств алюминия и, в частности, его плотности, на конструкционные характеристики алюминиевых сплавов см. здесь.
Алюминий как химический элемент
- Алюминий является третьим по распространенности – после кислорода и кремния – среди около 90 химических элементов, который обнаружены в земной коре.
- Среди элементов-металлов – он первый.
- Этот металл обладает многими полезными свойствами, физическими, механическими, технологическими – благодаря которым он широко применяется во всех сферах человеческой деятельности.
- Алюминий – это ковкий металл, который имеет серебристо-белый цвет и легко обрабатывается большинством методов обработки металлов давлением: прокаткой, волочением, экструзией (прессованием), ковкой.
- Его плотность – удельный вес – составляет около 2,70 граммов на кубический сантиметр.
- Чистый алюминий плавится при температуре 660 градусов Цельсия.
- Алюминий имеет относительно высокие коэффициенты теплопроводности и электропроводности.
- В присутствии кислорода всегда покрыт тонкой, невидимой пленкой оксида. Эта пленка является в значительной степени непроницаемой и имеет довольно высокие защитные свойства. Поэтому алюминий обычно демонстрирует стабильность и длительный срок службы при нормальных атмосферных условиях.
Комбинация свойств алюминия и его сплавов
Алюминий и его сплавы обладают уникальными комбинациями физических и других свойств. Это сделало алюминий одним из наиболее разносторонних, экономически выгодных и привлекательных конструкционных и потребительских материалов. Алюминий находит применение в очень широком диапазоне – от мягкой, очень пластичной упаковочной фольги до самых ответственных космических проектов. Алюминий по праву является вторым после стали среди многочисленных конструкционных материалов.
Низкая плотность
Алюминий – это один из самых легких промышленных конструкционных. Плотность алюминия приблизительно в три раза ниже, чем у стали или меди. Это физическое свойство обеспечивает ему высокую удельную прочность – прочность на единицу массы.
Рисунок 1.1 – Объем единицы веса алюминия в сравнении с другими металлами [3]
Рисунок 1.2 – Влияние легирующих элементов на
прочностные свойства, твердость,
хрупкость и пластичность [3]
Рисунок 1 – Прочность на единицу плотности алюминия в сравнении с различными металлами и сплавами [3]
Рисунок 2 – Кривые растяжения алюминия в сравнении с различными металлами и сплавами [3]
Поэтому алюминиевые сплавы широко применяют в транспортном машиностроении для увеличения грузоподъемности транспортных средств и экономии топлива.
- Паромные катамараны,
- нефтяные танкеры и
- самолеты –
вот лучшие примеры применения алюминия в транспорте.
Рисунок 3 – Плотность алюминия в зависимости от его чистоты и температуры [2]
Коррозионная стойкость
Алюминий имеет высокую коррозионную стойкость благодаря тонкому слою оксида алюминия на его поверхности. Эта оксидная пленка мгновенно образуется, как только свежая поверхность алюминия входит в контакт с воздухом (рисунок 4). Во многих случаях это свойство позволяет применение алюминия без какой-либо специальной обработки поверхности. Если требуется дополнительное защитное или декоративное покрытие, то применяют анодирование или окраску его поверхности.
Рисунок 4
а – естественное оксидное покрытие на сверхчистом алюминии;
б – коррозия алюминия чистотой 99,5 % с естественным оксидным покрытием
в коорозионно агрессивной среде [2]
Рисунок 5.1 – Влияние легирующих элементов на коррозионную стойкость и усталостную прочность [3]
Рисунок 5.2 – Точечная коррозия (питтинговая коррозия) алюминиевых листов
из сплава 3103 в различных коррозионных условиях [3]
Прочность
Прочностные свойства чистого алюминия являются довольно низкими (рисунок 6). Однако эти механические свойства могут возрастать очень сильно, если в алюминий добавляют легирующие элементы и, кроме того, его подвергают термическому (рисунок 6) или деформационному (рисунок 7) упрочнению.
Типичными легирующими элементами являются:
- марганец,
- кремний,
- медь,
- магний
- и цинк.
Рисунок 6 – Влияние чистоты алюминия на его прочность и твердость [2]
Рисунок 7 – Прочностные свойства высокочистых деформируемых
алюминиево-медных сплавов в различных состояниях [2]
(О – отожженный, W – сразу после закалки, Т4 – естественно состаренный, Т6 – искусственно состаренный)
Рисунок 8 – Механические свойства алюминия 99,50 %
в зависимости от степени полученной холодной деформации [2]
Рисунок 2 – Влияние легирующих элементов на плотность и модуль Юнга [3]
Прочность при низких температурах
Известно, что сталь становится хрупкой при низких температурах. Алюминий же, напротив, при низких температурах повышает свою прочность и сохраняет высокую вязкость. Именно это физическое свойство дало возможность его применения в космических аппаратах, которые работают в условиях космического холода.
Рисунок 9 – Изменение механические свойства алюминиевого сплава 6061
с понижением температуры
Теплопроводность
Алюминий проводит тепло в три раза быстрее, чем сталь. Это физическое свойство является очень важным в теплообменных аппаратах для нагрева или охлаждения рабочей среды. Отсюда – широкое применение алюминия и его сплавов в кухонной посуде, кондиционерах воздуха, примышленных и автомобильных теплообменниках.
Рисунок 10 – Теплопроводность алюминия в сравнении с другими металлами [3]
Отражательная способность
Алюминий является отличным отражателем лучистой энергии во всем интервале длин волн. Это физическое свойство позволяет применять его в приборах, которые работают от ультрафиолетового спектра через видимый спектр до инфракрасного спектра и тепловых волн, а также таких электромагнитных волн, как радиоволны и радарные волны [1].
Алюминий имеет способность отражать более 80 % световых волн, что обеспечивает ему широкое применение в осветительных приборах (рисунок 11). Благодаря этому физическому свойству он находит применение в теплоизоляционных материалах. Например, алюминиевая кровля отражает большую долю солнечного излучения, что обеспечивает в помещениях прохладную атмосферу летом и, в то же время, сохраняет тепло помещения зимой.
Рисунок 11 – Отражательные свойства алюминия [2]
Рисунок 12 – Отражательные свойства и эмиссивность алюминия с различной обработкой поверхности [3]
Рисунок 13 – Сравнение отражательных свойств различных металлов [3]
Электрические свойства
- Алюминий является одним из двух доступных металлов, которые имеют достаточно высокую электрическую проводимость, чтобы применять их в качестве электрических проводников.
- Электрическая проводимость «электрической» марки алюминия 1350 составляет около 62 % от международного стандарта IACS – электрической проводимости отожженной меди.
- Однако удельный вес алюминия составляет только треть от удельного веса меди. Это означает, что он проводит в два раза больше электричества, чем медь того же веса. Это физическое свойство обеспечивает алюминию широкое применение в высоковольтных линиях электропередачи (ЛЭП), трансформаторах, электрических шинах и цоколях электрических лампочек.
Рисунок 14 – Электрические свойства алюминия [3]
Магнитные свойства
Алюминий обладает свойством не намагничиваться в электромагнитных полях. Это делает его полезным при защите оборудования от воздействия электромагнитных полей. Другим применением этого свойства является компьютерные диски и параболические антенны.
Рисунок 15 – Намагничиваемость алюминиевого сплава AlCu [3]
Токсические свойства
Это свойство алюминия – отсутствие токсичности – было обнаружено еще в начале его промышленного освоения. Именно это свойство алюминия дало возможность его применения для изготовления кухонной посуды и приборов без какого-либо вредного воздействия для тела человека. Алюминий со своей гладкой поверхностью легко поддается чистке, что важно для обеспечения высокой гигиены при приготовлении пищи. Алюминиевая фольга и контейнеры широко и безопасно применяются при упаковке с прямым контактом с продуктами.
Звукоизоляционные свойства
Это свойство алюминия дает ему применение при выполнении звукоизоляции потолков.
Способность поглощать энергию удара
Алюминий имеет модуль упругости в три раза меньший, чем у стали. Это физическое свойство дает большое преимущество для изготовления автомобильных бамперов и других средств безопасности автомобилей.
Рисунок 16 – Автомобильные алюминиевые профили
для поглощения энергии удара при аварии
Пожаробезопасные свойства
Алюминиевые детали не образует искр при ударе друг о друга, а также другие цветные металлы. Это физическое свойство находит применение при повышенных мерах пожарной безопасности конструкций, например, на морских нефтяных вышках.
Вместе с тем, с повышением температуры выше 100 градусов Цельсия прочность алюминиевых сплавов значительно снижается (рисунок 17).
Рисунок 17 – Прочность при растяжении алюминиевого сплава 2014-Т6
при различных температурах испытания [3]
Технологические свойства
Легкость, с которой алюминий может быть переработан в любую форму – технологичность, является одним из наиболее важных его достоинств. Очень часто он может успешно конкурировать с более дешевыми материалами, которые намного труднее обрабатывать:
- Этот металл может быть отлит любым методом, который известен металлургам-литейщикам.
- Он может прокатан до любой толщины вплоть до фольги, которая тоньше листа бумаги.
- Алюминиевые листы можно штамповать, вытягивать, высаживать и формовать всем известными методами обработки металлов давлением.
- Алюминий можно ковать всеми методами ковки
- Алюминиевая проволока, которую волочат из круглого прутка, может затем сплетаться в электрические кабели любого размера и типа.
- Почти не существует ограничений формы профилей, в которые получают из этого металла методом экструзии (прессования).
Рисунок 18.1 – Литье алюминия в песчаную форму
Рисунок 18.2 – Непрерывная разливка-прокатка алюминиевой полосы [5]
Рисунок 18.3 – Операция высадки при изготовлении алюминиевых банок [4]
Рисунок 18.4 – Операция ковки алюминия
Рисунок 18.5 – Холодное волочение алюминия
Рисунок 18.6 – Прессование (экструзия) алюминия
Источники:
- Aluminium and Aluminium Alloys. – ASM International, 1993.
- A. Sverdlin Properties of Pure Aluminum // Handbook of Aluminum, Vol. 1 /ed. G.E. Totten, D.S. MacKenzie, 2003
- TALAT 1501
- TALAT 3710
Теплопроводность — алюминий
Cтраница 2
Прочность алюминиевой оболочки в несколько раз выше свинцовой, алюминий в 4 2 раза легче свинца ( удельный вес 2 7 и 11 4 соответственно), теплопроводность алюминия примерно в шесть раз выше, чем у свинца, его сопротивление усталости при вибрации в 25 раз больше, чем у свинца. В четырехпроводных сетях переменного тока напряжением до 1000 в с глухозаземленной нейтралью допускается использование алюминиевой оболочки в качестве нулевого рабочего провода. [16]
В этом уравнении di 15 5 — 10 — 3 ( м) — наружный диаметр графитового баллона; d0 1 1 45 — 10 — 3 ( м) — диаметр сечения испытуемого расплавленного металла; q ( z) ( ккал / м2 — час) — тепловой поток на наружной поверхности графитового баллона; К AI и гр ( ккал / м — час — град) — соответственно коэффициенты теплопроводности алюминия и графита. [17]
Из металлов лучше всего проводят тепло серебро и медь. Теплопроводность алюминия примерно в 2 5 раза, железа в в раз, свинца в 12 раз меньше, чем меди. [18]
Корродирующее действие некоторых компонентов флюса на алюминий нейтрализуются промывкой шва и поверхности деталей 10 % — ным раствором азотной кислоты в теплой воде и в последующем горячей водой. Теплопроводность алюминия почти в 5 раз, а теплоемкость в 2 раза больше, чем стали, поэтому при сварке алюминия необходимо поддерживать более высокую температуру пламени, чем температура плавления алюминия. [19]
Теплопроводность алюминия в 3 раза больше, чем у стали, коэффициент расширения в 2 раза превышает коэффициент расширения стали. [21]
Кристаллическая решетка алюминия состоит, как и у многих других металлов, из гра-нецентрированных кубов ( см. стр. Теплопроводность алюминия вдвое больше теплопроводности железа и равна половине теплопроводности меди. Его электропроводность намного выше электропроводности железа и достигает 60 % электропроводности меди. [22]
Из металлов лучше всего проводят тепло серебро и медь. Теплопроводность алюминия примерно в 2 5 раза, железа в б раз, свинца в 12 раз меньше, ч м меди. [23]
С понижением чистоты алюминия теплопроводность уменьшается, а с повышением температуры несколько увеличивается. При 100 теплопроводность алюминия составляет — 66 5 % теплопроводности серебра. [24]
Если это количество теплоты известно, то для сечения z по замеренному значению градиента температур в нем можно рассчитать величину коэффициента теплопроводности образца. Окончательный расчет искомой величины коэффициента теплопроводности алюминия состоит в расчете поправки для коэффициента теплопроводности образца на теплоту, проходящую по стенкам графитового баллона. [25]
Атомная структура титана, его большое сродство к электрону оказывают сильное влияние на такие свойства, как электропровод ность и теплопроводность. Теплопроводность его в 8 — 10 раз меньше теплопроводности алюминия. Это имеет существенное значение, например, при обработке металла резанием.
Теплопроводность выбранных материалов и газов
Теплопроводность — это свойство материала, которое описывает способность проводить тепло. Теплопроводность может быть определена как
«количество тепла, передаваемого через единицу толщины материала — в направлении, перпендикулярном к поверхности единицы площади — из-за градиента температуры единицы в установившемся режиме»
Теплопроводность Единицами измерения являются [Вт / (м К)] в системе СИ и [БТЕ / (ч футов F)] в системе Imperial.
См. Также теплопроводность вариации с температурой и давлением , для: Воздуха, аммиака, диоксида углерода и воды
Теплопроводность для обычных материалов и изделий:
| Теплопроводность — k — Вт / (м К) | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Материал / Вещество | Температура | |||||||||||
| 25 o C (77 o F) | 125 o C (257 o F) | 225 o C (437 o F) | ||||||||||
| Acetals | 0.23 | |||||||||||
| Ацетон | 0,16 | |||||||||||
| Ацетилен (газ) | 0,018 | |||||||||||
| Акрил | 0,2 | |||||||||||
| Воздух, атмосфера (газ) | 0,0262 | 0,0333 | 0,0398 | |||||||||
| Воздух, высота над уровнем моря 10000 м | 0,020 | |||||||||||
| Агат | 10.9 | |||||||||||
| Спирт | 0,17 | |||||||||||
| Глинозем | 36 | 26 | ||||||||||
| Алюминий | ||||||||||||
| Алюминий Латунь | 121 | |||||||||||
| Алюминий оксид | 30 | |||||||||||
| Аммиак (газ) | 0,0249 | 0,0369 | 0,0528 | |||||||||
| Сурьма | 18.5 | |||||||||||
| Яблоко (влажность 85,6%) | 0,39 | |||||||||||
| Аргон (газ) | 0,016 | |||||||||||
| Асбестоцементная плита | 0,744 | |||||||||||
| Асбест- цементные листы | 0,166 | |||||||||||
| Асбестоцемент | 2,07 | |||||||||||
| Асбест сыпучий | 0.15 | |||||||||||
| Доска асбестовой мельницы | 0,14 | |||||||||||
| Асфальт | 0,700 | |||||||||||
| Древесина бальзы | 0,048 | |||||||||||
| Битум | 0,182 9007 | |||||||||||
| Битум / войлочные слои | 0,5 | |||||||||||
| Говядина постная (влажность 78,9%) | 0.43 — 0,48 | |||||||||||
| Бензол | 0,16 | |||||||||||
| Бериллий | ||||||||||||
| Висмут | 8,1 | |||||||||||
| Битум | 0,17 | Печь газовая 8878 | (газ) | 0,02 | ||||||||
| Вес котла | 1,2 — 3,5 | |||||||||||
| Бор | 25 | |||||||||||
| Латунь | ||||||||||||
| Бриз-блок | 0.10 — 0,20 | |||||||||||
| Кирпич плотный | 1,31 | |||||||||||
| Кирпич огнеупорный | 0,47 | |||||||||||
| Кирпич изоляционный | 0,15 | |||||||||||
| Кирпич обыкновенный обыкновенный (Кирпич строительный ) | 0,6 -1,0 | |||||||||||
| Кирпичная кладка плотная | 1,6 | |||||||||||
| Бром (газ) | 0.004 | |||||||||||
| Бронза | ||||||||||||
| Коричневая железная руда | 0,58 | |||||||||||
| Сливочное масло (влажность 15%) | 0,20 | |||||||||||
| Кадмий | ||||||||||||
| Силикат кальция | 0,05 | |||||||||||
| Углерод | 1,7 | |||||||||||
| Углекислый газ (газ) | 0.0146 | |||||||||||
| Окись углерода | 0,0232 | |||||||||||
| Чугун | ||||||||||||
| Целлюлоза, хлопок, древесная масса и регенерированные | 0,23 | |||||||||||
Ацетат целлюлозы, формованный, лист | 0,17 — 0,33 | |||||||||||
| Нитрат целлюлозы, целлулоид | 0,12 — 0,21 | |||||||||||
| Цемент, Портленд | 0.29 | |||||||||||
| Цемент, раствор | 1,73 | |||||||||||
| Керамические материалы | ||||||||||||
| Мел | 0,09 | |||||||||||
| Древесный уголь | 0,084 | 9008 | Хлорированный полиэфир0,13 | |||||||||
| Хлор (газ) | 0,0081 | |||||||||||
| Хром никель Сталь | 16.3 | |||||||||||
| Хром | ||||||||||||
| Оксид хрома | 0,42 | |||||||||||
| Глина сухая до влажности | 0,15 — 1,8 | |||||||||||
| Глина насыщенная | 0,6 — 2,5 | |||||||||||
| Уголь | 0,2 | |||||||||||
| Кобальт | ||||||||||||
| Треска (влажность 83%) | 0.54 | |||||||||||
| Кокс | 0,184 | |||||||||||
| Бетон легкий | 0,1 — 0,3 | |||||||||||
| Бетон средний | 0,4 — 0,7 | |||||||||||
| Бетон плотный | 1,0 — 1,8 | |||||||||||
| Бетон, камень | 1,7 | |||||||||||
| Константин | 23.3 | |||||||||||
| Медь | ||||||||||||
| Кориан (керамический наполнитель) | 1,06 | |||||||||||
| Пробковая доска | 0,043 | |||||||||||
| Пробка с повторной грануляцией | 0,044 | |||||||||||
| Пробка | 0,07 | |||||||||||
| Хлопок | 0,04 | |||||||||||
| Вата | 0.029 | |||||||||||
| Углеродистая сталь | ||||||||||||
| Вата теплоизоляционная | 0,029 | |||||||||||
| мельхиор 30% | 30 | |||||||||||
| Алмаз | 1000 | |||||||||||
| Диатомовая земля (Sil-o-cel) | 0,06 | |||||||||||
| Диатомит | 0,12 | |||||||||||
| Дуралий | ||||||||||||
| Земля сухая | 1.5 | |||||||||||
| Эбонит | 0,17 | |||||||||||
| Эмери | 11,6 | |||||||||||
| Моторное масло | 0,15 | |||||||||||
| Этан (газ) | 0,018 | |||||||||||
| Эфир | 0,14 | |||||||||||
| Этилен (газ) | 0,017 | |||||||||||
| Эпоксидная смола | 0.35 | |||||||||||
| Этиленгликоль | 0,25 | |||||||||||
| Перья | 0,034 | |||||||||||
| Войлочная изоляция | 0,04 | |||||||||||
| Стекловолокно | 0,04 | 9004 изоляционная плита | 0,048 | |||||||||
| Древесноволокнистая плита | 0,2 | |||||||||||
| Огнеупорный кирпич 500 o C | 1.4 | |||||||||||
| Фтор (газ) | 0,0254 | |||||||||||
| Пеностекло | 0,045 | |||||||||||
| Дихлордифторметан R-12 (газ) | 0,007 | Дан R-12 (жидкий) | 0,09 | |||||||||
| Бензин | 0,15 | |||||||||||
| Стекло | 1.05 | |||||||||||
| Стекло, Жемчуг, сухое | 0,18 | |||||||||||
| Стекло, Жемчуг, насыщенное | 0,76 | |||||||||||
| Стекло, окно | 0,96 | |||||||||||
| Стекло Изоляция шерсти | 0,04 | |||||||||||
| Глицерин | 0,28 | |||||||||||
| Золото | ||||||||||||
| Гранит | 1.7 — 4.0 | |||||||||||
| Графит | 168 | |||||||||||
| Гравий | 0.7 | |||||||||||
| Грунт или почва, очень влажная зона | 1.4 | |||||||||||
| Грунт или почва, влажная площадь | 1,0 | |||||||||||
| Земля или почва, сухая зона | 0,5 | |||||||||||
| Земля или почва, очень сухая зона | 0.33 | |||||||||||
| Гипсокартон | 0,17 | |||||||||||
| Войлок | 0,05 | |||||||||||
| ДСП высокой плотности | 0,15 | |||||||||||
| Лиственные породы (дуб, клен ..) | 0,16 | |||||||||||
| Hastelloy C | 12 | |||||||||||
| Гелий (газ) | 0,142 | |||||||||||
| Мед (12.Влажность 6%) | 0,5 | |||||||||||
| Соляная кислота (газ) | 0,013 | |||||||||||
| Водород (газ) | 0,168 | |||||||||||
| Сероводород (газ) | 0,013 | |||||||||||
| Лед (0 o C, 32 o F) | 2,18 | |||||||||||
| Инконель | 15 | |||||||||||
| Слиток железа | 47 — 58 | |||||||||||
| Изоляционные материалы | 0.035 — 0,16 | |||||||||||
| Йод | 0,44 | |||||||||||
| Иридий | 147 | |||||||||||
| Железо | ||||||||||||
| Оксид железа | 0,58 | 900ok | ||||||||||
| Kap изоляция | 0,034 | |||||||||||
| Керосин | 0,15 | |||||||||||
| Криптон (газ) | 0.0088 | |||||||||||
| Свинец | ||||||||||||
| Кожа сухая | 0,14 | |||||||||||
| Известняк | 1,26 — 1,33 900,7 | |||||||||||
| Литий | ||||||||||||
| Магнезия ( 85%) | 0,07 | |||||||||||
| Магнезит | 4,15 | |||||||||||
| Магний | ||||||||||||
| Магниевый сплав | 70 — 145 | |||||||||||
| Мрамор | 2.08 — 2,94 | |||||||||||
| Меркурий, жидкость | ||||||||||||
| Метан (газ) | 0,030 | |||||||||||
| Метанол | 0,21 | |||||||||||
| Слюда | 0,71 | |||||||||||
| Молоко | 0,53 | |||||||||||
| Изоляционные материалы из минеральной ваты, шерстяные одеяла .. | 0,04 | |||||||||||
| Молибден | ||||||||||||
| Монель | ||||||||||||
| Неон ( газ) | 0.046 | |||||||||||
| Неопрен | 0,05 | |||||||||||
| Никель | ||||||||||||
| Оксид азота (газ) | 0,0238 | |||||||||||
| Азот (газ) | 0,024 | |||||||||||
| Закись азота (газ) | 0,0151 | |||||||||||
| Нейлон 6, нейлон 6/6 | 0,25 | |||||||||||
| Масло машинное смазочное SAE 50 | 0.15 | |||||||||||
| Оливковое масло | 0,17 | |||||||||||
| Кислород (газ) | 0,024 | |||||||||||
| Палладий | 70,9 | |||||||||||
| Бумага | 0.05 | 9005 | ||||||||||
| Парафиновый воск | 0,25 | |||||||||||
| Торф | 0,08 | |||||||||||
| Перлит, атмосферное давление | 0.031 | |||||||||||
| Перлит, вакуум | 0.00137 | |||||||||||
| Фенольные литые смолы | 0,15 | |||||||||||
| Фенолформальдегидные формовочные смеси | 0,13 — 0,25 | Фосфорбронза | 110 | |||||||||
| Пинчбек | 159 | |||||||||||
| Шаг | 0.13 | |||||||||||
| Каменный уголь | 0,24 | |||||||||||
| Гипс легкий | 0,2 | |||||||||||
| Гипс, металлическая рейка | 0,47 | |||||||||||
| Гипс, песок | 0,71 | |||||||||||
| Гипс, деревянная планка | 0,28 | |||||||||||
| Пластилин | 0,65 — 0,8 | |||||||||||
| Пенопласт (изоляционные материалы) | 0.03 | |||||||||||
| Платина | ||||||||||||
| Плутоний | ||||||||||||
| Фанера | 0,13 | |||||||||||
| Поликарбонат | 0,19 | Полиэфир | 9005 Полиэстер | |||||||||
| Полиэтилен низкой плотности, ПЭЛ | 0,33 | |||||||||||
| Полиэтилен высокой плотности, PEH | 0.42 — 0,51 | |||||||||||
| Натуральный каучук полиизопреновый | 0,13 | |||||||||||
| Твердый каучук полиизопреновый | 0,16 | |||||||||||
| Полиметилметакрилат | 0,17 — 0,25 | |||||||||||
| Полипропилен 0,1 — 0,22 | ||||||||||||
| Полистирол, пенополистирол | 0,03 | |||||||||||
| Полистирол | 0.043 | |||||||||||
| Пенополиуретан | 0,03 | |||||||||||
| Фарфор | 1,5 | |||||||||||
| Калий | 1 | |||||||||||
| Картофель, сырая мякоть | 0,55 | Пропан (газ) | 0,015 | |||||||||
| Политетрафторэтилен (ПТФЭ) | 0,25 | |||||||||||
| Поливинилхлорид, ПВХ | 0.19 | |||||||||||
| Пирекс | 1,005 | |||||||||||
| Кварц минеральный | 3 | |||||||||||
| Радон (газ) | 0,0033 | |||||||||||
| Красный металл | ||||||||||||
| Рений | ||||||||||||
| Родий | ||||||||||||
| Камень твердый | 2 — 7 | |||||||||||
| Камень пористый вулканический (туф) | 0.5 — 2,5 | |||||||||||
| Изоляция из каменной ваты | 0,045 | |||||||||||
| канифоль | 0,32 | |||||||||||
| Каучук сотовый | 0,045 | |||||||||||
| Каучук натуральный | 0,13 | |||||||||||
| Рубидий | ||||||||||||
| Лосось (влажность 73%) | 0.50 | |||||||||||
| Песок сухой | 0,15 — 0,25 | |||||||||||
| Песок влажный | 0,25 — 2 | |||||||||||
| Песок насыщенный | 2 — 4 | |||||||||||
| Песчаник | 1.7 | |||||||||||
| Опилки | 0,08 | |||||||||||
| Селен | ||||||||||||
| Овечья шерсть | 0.039 | |||||||||||
| Кремнезем аэрогельный | 0,02 | |||||||||||
| Силиконовая литая смола | 0,15 — 0,32 | |||||||||||
| Карбид кремния | 120 | |||||||||||
| Силиконовое масло | 0,1 | |||||||||||
| Серебро | ||||||||||||
| Шлаковая вата | 0,042 | |||||||||||
| Шифер | 2.01 | |||||||||||
| Снег (температура <0 o C) | 0,05 — 0,25 | |||||||||||
| Натрий | ||||||||||||
| Хвойные породы (ель, сосна ..) | 0,12 | |||||||||||
| Грунт, глина | 1,1 | |||||||||||
| Грунт с органическими веществами | 0,15 — 2 | |||||||||||
| Грунт насыщенный | 0.6 — 4 | |||||||||||
Припой 50-50 | 50 | |||||||||||
Сажа | 0,07 | |||||||||||
Пар насыщенный | 0,0184 | |||||||||||
| Пар, низкое давление | 0,0188 | |||||||||||
| Стеатит | 2 | |||||||||||
| Сталь, углерод | ||||||||||||
| Сталь нержавеющая | ||||||||||||
| 0.09 | ||||||||||||
| Пенополистирол | 0,033 | |||||||||||
| Диоксид серы (газ) | 0,0086 | |||||||||||
| Сера, кристалл | 0,2 | |||||||||||
| Сахар | 0,087 — 0,22 | |||||||||||
| Тантал | ||||||||||||
| Смола | 0,19 | |||||||||||
| Теллур | 4.9 | |||||||||||
| Торий | ||||||||||||
| Пиломатериалы, ольха | 0,17 | |||||||||||
| Пиломатериалы, ясень | 0,16 | |||||||||||
| Пиломатериалы, береза | 0,14 | 9004 | ||||||||||
| Пиломатериалы из лиственницы | 0,12 | |||||||||||
| Пиломатериалы из клена | 0,16 | |||||||||||
| Пиломатериалы из дуба | 0.17 | |||||||||||
| Пиломатериалы 9004 | 0,14 | |||||||||||
| Пиломатериалы | 0,19 | |||||||||||
| Пиломатериалы красного бука | 0,14 | |||||||||||
| Пиломатериалы красного сосны | 0,15 | |||||||||||
| Пиломатериалы из белой сосны | 0,15 | |||||||||||
| Пиломатериалы из грецкого ореха | 0,15 | |||||||||||
| Олово | ||||||||||||
| Титан | Вольфрам | |||||||||||
| Уран | ||||||||||||
| Уретановая пена | 0.021 | |||||||||||
| Вакуум | 0 | |||||||||||
| гранулы вермикулита | 0,065 | |||||||||||
| виниловый эфир | 900 900 | |||||||||||
| 9005 | ||||||||||||
| 9005 | 9005 | 9005 | 9005 | 9005 | 9005 | 9005 | 900 0 9009 | 900 0 9009 | 900 0 9009 | 0,606 | ||
| Вода, пар (пар) | 0,0267 | 0,0359 | ||||||||||
| Мука пшеничная | 0.45 | |||||||||||
| Белый металл | 35 — 70 | |||||||||||
| Дерево через зерно, белая сосна | 0,12 | |||||||||||
| Дерево через зерно, бальза | 0,055 | |||||||||||
| Древесина поперек зерна, желтая сосна, древесина | 0,147 | |||||||||||
| Древесина, дуб | 0,17 | |||||||||||
| Шерсть, войлок | 0.07 | |||||||||||
| Древесная вата, сляб 9009 | 0,1 — 0,15 | |||||||||||
| Ксенон (газ) | 0,0051 | |||||||||||
| Цинк | ||||||||||||
Пример — Проводящая теплопередача через Алюминиевый горшок или горшок из нержавеющей стали
Проводящий теплообмен через стенку резервуара можно рассчитать как
q = (к / с) A dT (1)
или альтернативно
q / A = (к / с) dT
, где
q = теплообмен (Вт, БТЕ / ч)
A = площадь поверхности (м 2 , фут 2 )
q / A = теплопередача на единицу площади (Вт / м 2 , БТЕ / (h ft 2 ))
90 007 k = теплопроводность (Вт / мК, БТЕ / (ч футов ° F) )
dT = t 1 — t 2 = разность температур ( o C, o F)
s = толщина стенки (м, футы)
Калькулятор кондуктивного теплопередачи
k = теплопроводность (Вт / мК, БТЕ / (ч футов F) )
s = толщина стенки (м, футы)
A = площадь поверхности (м 2 , футы 2 )
dT = t 1 — t 2 = разность температур ( o C, o F)
Примечание! — что общая теплопередача через поверхность определяется «общим коэффициентом теплопередачи », который в дополнение к проводящей теплопередаче зависит от
Кондуктивная теплопередача через алюминиевую стенку резервуара толщиной 2 мм — разность температур 80 o C
Теплопроводность для алюминия составляет 215 Вт / (м К) (из таблицы выше).Кондуктивный теплообмен на единицу площади может быть рассчитан как
q / A = [(215 Вт / (м К)) / (2 10 -3 м)] (80 o C)
= 8600000 (Вт / м 2 )
= 8600 (кВт / м 2 )
Проводящий теплообмен через стенку из нержавеющей стали толщиной 2 мм — перепад температур 80 o C
Теплопроводность для нержавеющей стали составляет 17 Вт / (м К) (из таблицы выше).Кондуктивный теплообмен на единицу площади можно рассчитать как
q / A = [(17 Вт / (м К)) / (2 10 -3 м) ] (80 o C)
= 680000 (Вт / м 2 )
= 680 (кВт / м 2 )
.Теплопроводность — k — это количество тепла, передаваемого за счет единичного градиента температуры, в единицу времени при устойчивых условиях в направлении, перпендикулярном поверхности единицы площади. Теплопроводность — к — используется в уравнении Фурье.
| Металл, металлический элемент или сплав | Температура — т — ( o C) | Теплопроводность — k — (Вт / м К) | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Алюминий | -73 | 237 | ||||
| « | 0 | 236 | ||||
| » | 127 | 240 | ||||
| « | 327 | 232 | 232 | |||
| « | 527 | 220 | ||||
| Алюминий — дюраль (94-96% Al, 3-5% Cu, следы Mg) | 20 | 164 | ||||
| Алюминий — силумин (87% Al, 13% Si) | 20 | 164 | ||||
| Алюминиевая бронза | 0 — 25 | 70 | ||||
| Алюминиевый сплав 3003, прокат | 0 — 25 | 190 | ||||
| Алюминиевый сплав 2014.отожженный | 0 — 25 | 190 | ||||
| Алюминиевый сплав 360 | 0 — 25 | 150 | ||||
| Сурьма | -73 | 30,2 | ||||
| « | 0 | 25,5 | ||||
| « | 127 | 21,2 | ||||
| » | 327 | 18,2 | ||||
| « | 527 | 16,8 | ||||
| Бериллий | -73 | 301 | ||||
| » | 0 | 218 | ||||
| « | 127 | 161 | ||||
| » | 327 | 126 | ||||
| « | 527 | 107 | ||||
| » | » | « | 927 | 73 | ||
| Bery медь литий 25 | 0 — 25 | 80 | ||||
| Висмут | -73 | 9.7 | ||||
| « | 0 | 8.2 | ||||
| Бор | -73 | 52,5 | ||||
| » | 0 | 31.7 | ||||
| « | 127 | 18.7 | ||||
| « | 327 | 11,3 | ||||
| » | 527 | 8.1 | ||||
| « | 727 | 6,3 | ||||
| » | 927 | 5.2 | ||||
| Кадмий | -73 | 99,3 | ||||
| « | 0 | 97,5 | ||||
| » | 127 | 94,7 | ||||
| Цезий | -73 | 36,8 | ||||
| « | 0 | 36,1 | ||||
| Хром | -73 | 111 | ||||
| » | 0 | 94,8 | ||||
| « | 127 | 87.3 | ||||
| « | 327 | 80.5 | ||||
| » | 527 | 71.3 | ||||
| « | 727 | 65.3 | ||||
| » | 927 | 62.4 | ||||
| Кобальт | -73 | 122 | ||||
| « | 0 | 104 | ||||
| » | 127 | 84,8 | ||||
| Медь | -73 | 413 | ||||
| « | 0 | 401 | ||||
| « | 127 | 392 | ||||
| » | 327 | 383 | ||||
| « | 527 | 371 | ||||
| » | 727 | 3510 9007 | 357 | |||
| « | 927 | 342 | ||||
| Coppe r, электролитический (ETP) | 0 — 25 | 390 | ||||
| Медь — Admiralty Brass | 20 | 111 | ||||
| Медь — алюминиевая бронза (95% Cu, 5% Al) | 20 | 83 | ||||
| Медь — бронза (75% Cu, 25% Sn) | 20 | 26 | ||||
| Медь — латунь (желтая латунь) (70% Cu, 30% Zn) | 20 | 111 | ||||
| Медь — Патрон латунный (UNS C26000) | 20 | 120 | ||||
| Медь — Constantan (60% Cu, 40% Ni) | 20 | 22.7 | ||||
| Медь — немецкое серебро (62% Cu, 15% Ni, 22% Zn) | 20 | 24,9 | ||||
| Медь — фосфористая бронза (10% Sn, UNS C52400) | 20 | 50 | ||||
| Медь — красная латунь (85% Cu, 9% Sn, 6% Zn) | 20 | 61 | ||||
| Cupronickel | 20 | 29 | ||||
| Германий | -73 | 96,8 | ||||
| « | 0 | 66.7 | ||||
| « | 127 | 43.2 | ||||
| » | 327 | 27.3 | ||||
| « | 527 | 19.8 | ||||
| » | 727 | 17.4 | ||||
| » | 927 | 17,4 | ||||
| Золото | -73 | 327 | ||||
| « | 0 | 318 | ||||
| » | 127 | 312 | ||||
| « | 327 | 304 | ||||
| « | 527 | 292 | ||||
| » | 727 | 278 | ||||
| « | 927 | 262 | ||||
| Гафний | -73 | 24.4 | ||||
| « | 0 | 23,3 | ||||
| » | 127 | 22,3 | ||||
| « | 327 | 21,3 | ||||
| » | 527 | 20,8 | ||||
| » | 727 | 20,7 | ||||
| « | 927 | 20,9 | ||||
| Hastelloy C | 0 — 25 | 12 | ||||
| Inconel | 21 — 100 | 15 | ||||
| Incoloy | 0 — 100 | 12 | ||||
| Индий | -73 | 89.7 | ||||
| « | 0 | 83,7 | ||||
| » | 127 | 75,5 | ||||
| Иридий | -73 | 153 | ||||
| « | 0 | 148 | 148 | 148 | 148 | « | 127 | 144 |
| » | 327 | 138 | ||||
| « | 527 | 132 | ||||
| » | 727 | 126 | ||||
| « | 927 | 927 | 927 | 927 | » 9 » 120 | |
| Железо | -73 | 94 | ||||
| « | 0 | 83.5 | ||||
| « | 127 | 69.4 | ||||
| » | 327 | 54.7 | ||||
| « | 527 | 43.3 | ||||
| » | 727 | 32.6 | » | 927 | 28.2 | |
| Железо — литье | 20 | 52 | ||||
| Железо — перлитный с шаровидным графитом | 100 | 31 | ||||
| Железо — кованое | 20 | 59 | ||||
| Свинец | -73 | 36.6 | ||||
| « | 0 | 35,5 | ||||
| » | 127 | 33,8 | ||||
| « | 327 | 31,2 | ||||
| Химический свинец | 0 — 25 | 35 | ||||
| Сурьмянистый свинец (жесткий свинец) | 0 — 25 | 30 | ||||
| Литий | -73 | 88,1 | ||||
| « | 0 | 79.2 | ||||
| « | 127 | 72,1 | ||||
| Магний | -73 | 159 | ||||
| » | 0 | 157 | ||||
| « | 127 | 153 | 153 | 153 | 153153 | 153 «327 | 149 |
| » | 527 | 146 | ||||
| Магниевый сплав AZ31B | 0 — 25 | 100 | ||||
| Марганец | -73 | 7.17 | ||||
| « | 0 | 7,68 | ||||
| Меркурий | -73 | 28,9 | ||||
| Молибден | -73 | 143 | ||||
| » | 0 | |||||
| « | 127 | 134 | ||||
| » | 327 | 126 | ||||
| « | 527 | 118 | ||||
| » | 727 | 112 | ||||
| « | 927 | 105 | ||||
| Монель | 0 — 100 | 26 | ||||
| Никель | -73 | 106 | ||||
| « | 0 | 94 | ||||
| » | 127 | 80.1 | ||||
| « | 327 | 65,5 | ||||
| » | 527 | 67,4 | ||||
| « | 727 | 71,8 | ||||
| » | 927 | 76,1 | никель — деформируется | 0 — 100 | 61 — 90 | |
| мельхиор 50 -45 (Константан) | 0 — 25 | 20 | ||||
| ниобий (колумбий) | -73 | 52.6 | ||||
| « | 0 | 53.3 | ||||
| » | 127 | 55.2 | ||||
| « | 327 | 58.2 | ||||
| » | 527 | 61.3 | ||||
| » | 727 | 64,4 | ||||
| « | 927 | 67,5 | ||||
| Осмий | 20 | 61 | ||||
| Палладий | 75.5 | |||||
| Платина | -73 | 72,4 | ||||
| « | 0 | 71,5 | ||||
| » | 127 | 71,6 | ||||
| « | 327 | 73,0 | 73,0 | 73,0 | «527 | 75,5 |
| » | 727 | 78,6 | ||||
| « | 927 | 82,6 | ||||
| Плутоний | 20 | 8.0 | ||||
| Калий | -73 | 104 | ||||
| « | 0 | 104 | ||||
| » | 127 | 52 | ||||
| Красная латунь | 0 — 25 | 160 | ||||
| Рений | -73 | 51 | ||||
| « | 0 | 48,6 | ||||
| » | 127 | 46,1 | ||||
| « | 327 | 44.2 | ||||
| « | 527 | 44.1 | ||||
| » | 727 | 44,6 | ||||
| « | 927 | 45,7 | ||||
| Родий | -73 | 154 | 154 | |||
| 0 | 151 | |||||
| » | 127 | 146 | ||||
| » | 327 | 136 | ||||
| « | 527 | 127 | ||||
| » | 727 | 727 | 727 | 727 | 121 | |
| « | 927 | 115 | ||||
| Рубидий | -73 | 58.9 | ||||
| « | 0 | 58,3 | ||||
| Селен | 20 | 0,52 | ||||
| Силикон | -73 | 264 | ||||
| » | 0 | 9008 9008 | 168 | |||
| 9008 | « | 127 | 98,9 | |||
| » | 327 | 61,9 | ||||
| « | 527 | 42,2 | ||||
| » | 727 | 31.2 | ||||
| « | 927 | 25,7 | ||||
| Серебро | -73 | 403 | ||||
| » | 0 | 428 | ||||
| « | 127 | 420 | ||||
| « | 327 | 405 | ||||
| » | 527 | 389 | ||||
| « | 727 | 374 | ||||
| » | 927 | 358 | ||||
| Натрий | -73 | 138 | ||||
| « | 0 | 135 | ||||
| Припой 50 — 50 | 0 — 25 | 50 | ||||
| Сталь — углерод, 0.5% C | 20 | 54 | ||||
| Сталь — углерод, 1% C | 20 | 43 | ||||
| Сталь — углерод, 1,5% C | 20 | 36 | ||||
| « | » 400 | 36 | ||||
| « | 122 | 33 | ||||
| Сталь — хром, 1% Cr | 20 | 61 | ||||
| Сталь — хром, 5% Cr | 20 | 40 | ||||
| Сталь — хром, 10% Cr | 20 | 31 | ||||
| Сталь — хром никель, 15% Ni, | 20 | 19 | ||||
| Сталь — хром никель, 20% Cr 15% Ni | 20 | 15.1 | ||||
| Сталь — Hastelloy B | 20 | 10 | ||||
| Сталь — Hastelloy C | 21 | 8,7 | ||||
| Сталь — никель, 10% Ni | 20 | 26 | ||||
| Сталь — никель, 20% Ni | 20 | 19 | ||||
| Сталь — никель, 40% Ni | 20 | 10 | ||||
| Сталь — никель, 60% Ni | 20 | 19 | ||||
| Сталь — никель Хром, 80% Ni, 15% Ni | 20 | 17 | ||||
| Сталь — Никель Хром, 40% Ni | 20 | 11.6 | ||||
| Сталь — марганец, 1% Mn | 20 | 50 | ||||
| Сталь — нержавеющая сталь, тип 304 | 20 | 14,4 | ||||
| Сталь — нержавеющая, тип 347 | 20 | 14,3 | ||||
| Сталь — вольфрам, 1% W | 20 | 66 | ||||
| Сталь — кованый углерод | 0 | 59 | ||||
| Тантал | -73 | 57.5 | ||||
| « | 0 | 57,4 | ||||
| » | 127 | 57,8 | ||||
| « | 327 | 58,9 | ||||
| » | 527 | 59,4 | ||||
| » | 727 | 60,2 | ||||
| « | 927 | 61 | ||||
| торий | 20 | 42 | ||||
| олово | -73 | 73.3 | ||||
| « | 0 | 68.2 | ||||
| » | 127 | 62.2 | ||||
| Титан | -73 | 24.5 | ||||
| « | 0 | 22.4 | 900.4 | « | 127 | 20,4 |
| » | 327 | 19,4 | ||||
| « | 527 | 19,7 | ||||
| » | 727 | 20.7 | ||||
| « | 927 | 22 | ||||
| Вольфрам | -73 | 197 | ||||
| » | 0 | 182 | ||||
| « | 127 | 162 | « | 327 | 139 | |
| » | 527 | 128 | ||||
| « | 727 | 121 | ||||
| » | 927 | 115 | ||||
| Уран | -73 | 25.1 | ||||
| « | 0 | 27 | ||||
| » | 127 | 29,6 | ||||
| « | 327 | 34 | ||||
| » | 527 | 38.8 | ||||
| » | 727 | 43,9 | ||||
| « | 927 | 49 | ||||
| Ванадий | -73 | 31,5 | ||||
| » | 0 | 31.3 | ||||
| « | 427 | 32.1 | ||||
| » | 327 | 34.2 | ||||
| « | 527 | 36.3 | ||||
| » | 727 | 38.6 | » | 927 | 41.2 | |
| цинк | -73 | 123 | ||||
| « | 0 | 122 | ||||
| » | 127 | 116 | ||||
| « | 327 | » 105 | ||||
| Цирконий | -73 | 25.2 | ||||
| « | 0 | 23.2 | ||||
| » | 127 | 21.6 | ||||
| « | 327 | 20.7 | ||||
| » | 527 | 21.6 | ||||
| » | 727 | 23,7 | ||||
| « | 927 | 25,7 |
Сплавы — температура и теплопроводность
Температура и теплопроводность для
- Хастеллой A
- Инконель
- КНович Инчром
- Н2233 КНовар
- Advance
- Монель
сплавов:
* Большинство из Янга, Хью Д., Физика университета, 7-е изд. Таблица 15-5. Значения для алмазного и кремнеземного аэрогеля из Справочника по химии и физике CRC. Обратите внимание, что 1 (кал / с) / (см 2 С / см) = 419 Вт / м К. С учетом этого два приведенных выше столбца не всегда соответствуют друг другу. Все значения взяты из опубликованных таблиц, но их нельзя считать достоверными. Значение 0,02 Вт / мК для полиуретана можно принять за номинальное значение, которое определяет пенополиуретан как один из лучших изоляторов. NIST опубликовал процедуру численного аппроксимации для расчета теплопроводности полиуретана на http://cryogenics.nist.gov/NewFiles/Polyurethane.html. Их расчет для наполненного фреоном полиуретана с плотностью 1,99 фунт / фут 3 при 20 ° C дает теплопроводность 0,022 Вт / мК. Расчет по СО 2, заполненный полиуретаном плотностью 2.00 фунт / фут 3 дает 0,035 Вт / мК. | Index Tables Reference |
Теплопроводность: Мера способности материала передавать тепло. Учитывая две поверхности с каждой стороны материала с разностью температур между ними, теплопроводность представляет собой тепловую энергию, передаваемую за единицу времени и за единицу площади поверхности, деленную на разность температур c e [1].
Теплопроводность — это объемное свойство, которое описывает способность материала передавать тепло.В следующем уравнении теплопроводность является коэффициентом пропорциональности к . Расстояние теплопередачи определяется как † x , перпендикулярно области A . Скорость тепла, передаваемого через материал, составляет Q , от температуры T 1 до температуры T 2 , когда T 1 > T 2 [2].
Рис. 1. Процесс теплопередачи с горячей (T1) поверхности на холодную (T2)
Теплопроводность материалов играет важную роль в охлаждении электронного оборудования.От кристалла, где вырабатывается тепло, до шкафа, в котором размещается электроника, теплопроводность проводимости и, следовательно, теплопроводность являются неотъемлемыми компонентами всего процесса управления температурой.
Путь тепла от матрицы к внешней среде является сложным процессом, который необходимо понимать при проектировании теплового решения. В прошлом многие устройства могли работать без внешнего охлаждающего устройства, такого как радиатор. В этих устройствах необходимо было оптимизировать сопротивление проводимости от матрицы к плате, так как основной путь теплопередачи проходил в печатную плату.Когда уровни мощности увеличились, передача тепла исключительно на плату стала неадекватной (кредит шакита). Большая часть тепла теперь рассеивается непосредственно в окружающую среду через верхнюю поверхность компонента. В этих новых более мощных устройствах важно низкое сопротивление соединения между корпусом, а также конструкция присоединенного радиатора.
Чтобы определить важность теплопроводности материала в конкретном приложении для управления температурным режимом (например, радиатором), важно разделить общее тепловое сопротивление, связанное с теплопроводностью теплопроводности, на три части: межфазное сопротивление, сопротивление растеканию и сопротивление теплопроводности.
- Материал интерфейса усиливает тепловой контакт между несовершенными сопрягаемыми поверхностями. Материал с высокой теплопроводностью и хорошей способностью к смачиванию поверхности снижает сопротивление поверхности раздела .
- Сопротивление растяжению используется для описания теплового сопротивления, связанного с небольшим источником тепла, соединенным с большим теплоотводом. Среди прочих факторов теплопроводность основания радиатора напрямую влияет на сопротивление растеканию.
- Сопротивление проводимости является мерой внутреннего теплового сопротивления в радиаторе, когда тепло распространяется от основания к ребрам, где оно рассеивается в окружающую среду. Что касается конструкции радиатора, сопротивление проводимости менее важно в условиях естественной конвекции и в условиях низкого воздушного потока, и становится более важным по мере увеличения скорости потока.
Общими единицами теплопроводности являются Вт / мК и БТЕ / ч-фут- o F.
Рис. 2. Теплопроводность тонкой пленки кремния [3].
В электронной промышленности постоянное стремление к уменьшению размеров и увеличению скорости значительно сократило масштаб многих компонентов. Поскольку этот переход теперь продолжается от макроуровня к микроуровню, важно учитывать влияние на теплопроводность и не предполагать, что объемное свойство все еще является точным. Уравнения Фурье на основе континуума не могут предсказать тепловые характеристики в этих меньших масштабах. Необходимы более полные методы, такие как уравнение переноса Больцмана и решеточный метод Больцмана [3].
Влияние толщины на проводимость можно увидеть на рисунке 2. Характеризуемым материалом является кремний, который широко используется в электронике.
Рисунок 2. Теплопроводность тонкой пленки кремния [3]
Как и многие физические свойства, теплопроводность может быть анизотропной в зависимости от материала (зависит от направления). Кристаллический и Графит являются двумя примерами таких материалов. Графит был использован в электронной промышленности, где его высокая проводимость в плоскости является ценным.Кристаллы графита имеют очень высокую проводимость в плоскости (~ 2000 Вт / мК), благодаря сильной углерод-углеродной связи в их основной плоскости. Однако параллельные базальные плоскости слабо связаны друг с другом, и теплопроводность, перпендикулярная этим плоскостям, довольно низкая (~ 10 Вт / мК) [4].
На теплопроводность влияют не только изменения толщины и ориентации, температура также влияет на общую величину. Из-за повышения температуры материала увеличивается внутренняя скорость частиц и теплопроводность.Эта увеличенная скорость передает тепло с меньшим сопротивлением. Закон Видемана-Франца описывает это поведение, соотнося тепловую и электрическую проводимость с температурой. Важно отметить, что влияние температуры на теплопроводность является нелинейным и трудно предсказать без предварительного исследования. Графики ниже показывают поведение теплопроводности в широких диапазонах температур. Оба эти материала, нитрид алюминия и кремний, широко используются в электронике (рисунки 3 и 4 соответственно).
В будущем более мощные процессоры с несколькими ядрами еще больше увеличат потребность в теплопроводности. Поэтому, стоит также исследовать другие области исследований и разработок в области улучшения теплопроводности существующих материалов, используемых в электронных упаковках. Одной из таких областей является влияние нанотехнологий на теплопроводность, где углеродные нанотрубки показали значения проводимости, близкие к алмазным, из-за больших свободных от фононов путей [7].Разработка новых материалов и усовершенствование существующих материалов приведет к более эффективному управлению температурой, так как рассеиваемая мощность устройства постоянно растет.
Справочные материалы:
1. Теплопроводность, Американский словарь по научному наследию, компания Houghton Mifflin
2. Моран, М. и Шапиро, Х. Основы инженерной термодинамики, с 47, 1988
3. Гай, С., Ким, В., Чунг, П., Амон, С., Джон, М., Анизотропная теплопроводность наноразмерных ограниченных тонких пленок через решетку Больцмана, Химическая инженерия, Университет Карнеги-Меллона, ноябрь.2006
4. Норли Дж. Роль природного графита в охлаждении электроники, охлаждении электроники, август 2001 г.
5. Slack, G.A., Tanzilli R.A., Pohl R.O., Vandersande J.W., J. Phys. Химреагент Твердые вещества 48, 7 (1987), 641-647,
.6. Глассбреннер С. и Слэк Г. Теплопроводность кремния и германия от 3 ° К до точки плавления. Физический обзор 134, 4А, 1964 г.
7. Бербер С., Квон Ю. и Томанек Д. Необычно высокая теплопроводность углеродных нанотрубок. Physical Review Letters, том 84, № 20, с. 4613-4616, 2000 г.
,