Welche keramischen Werkstoffe können für eine niedrige bzw. hohe Wärmeleitfähigkeit ausgewählt werden und wie hoch sind die Werte?
Wenn wir an keramische Materialien denken, gehen wir vielleicht zunächst davon aus, dass Keramik immer eine hervorragende Wärmedämmung bietet. Die Realität ist jedoch, dass technische Keramiken eine große Bandbreite an Wärmeleitfähigkeiten aufweisen, wobei die niedrigsten und höchsten Werte um das 200-fache variieren!
Es ist wichtig zu beachten, dass die keramische elektrische Isolierung und die keramische Wärmeisolierung voneinander unabhängig sind. Sie können also einen elektrischen Isolator wählen, der zugleich ein hervorragender Wärmeleiter ist, was sehr nützlich für elektronische Substrate ist, die die Wärme von einem Gerät wie einem Mobiltelefon oder Laptop ableiten müssen.
Und interessanterweise ist auch der umgekehrte Weg möglich, obwohl dies häufig durch die Beschichtung von Metallen mit einem guten Keramikisolator erreicht wird.
Lassen Sie uns nun einen Blick auf einige der Keramiken werfen, die häufig für die keramische Wärmedämmung verwendet werden. Wir haben Aluminiumoxid , die Materialfamilie Zirkonia , verschiedene Silikate wie Cordierit, Speckstein und Porzellan, und dann gibt es noch die bearbeitbare Keramik wie Macor und Keramik mit sehr hoher Wärmeleitfähigkeit wie Aluminiumnitrid und Berylliumoxid, bekannt als Beryllia.
Wir messen die Wärmeleitfähigkeit in Watt pro Meter Kelvin. Macor beispielsweise hat eine Wärmeleitfähigkeit von nur 1,5. Zur elektrischen Isolierung verwendete Silikatkeramiken liegen typischerweise im Bereich von 2 bis 4, während Keramiken auf Zirkonoxidbasis bei etwa 3 liegen. Bei mit Aluminiumoxid verstärkten Zirkonoxid liegt der Wert etwas höher und erreicht ungefähr 6 W/mK. Betrachtet man nun Keramiken auf Aluminiumoxidbasis, so spielen diese in einer anderen Liga: Die Werte reichen von 25 bis 40, während Shapal , eine andere bearbeitbare Keramik, einen deutlichen Sprung nach vorne macht und etwa 90 W/mK erreicht. Dann gibt es noch Aluminiumnitrid-Keramik mit Werten von etwa 170 bis 220 und Berylliumoxid mit bemerkenswerten 300 W/mK – so beeindruckend wie Kupfer! Beachten Sie jedoch, dass Berylliumoxid ziemlich giftig ist und daher im Allgemeinen nur vom Militär für Substrate verwendet wird.
Die Gründe für diese stark unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeitswerte sind gut dokumentiert und können bei Bedarf leicht erforscht werden – im Wesentlichen kommt es darauf an, wie stark die thermischen Schwingungen (die sogenannten Phononen) durch die Kristallstruktur oder Mikrostruktur gestört werden.
Wenn es um Wärmedämmschichtmaterialien geht, stehen uns Alternativen wie Kunststoffe, Glas, einige Metalle wie rostfreier Stahl, Wärmedämmschichtbeschichtungen und Materialien auf Faserverbundbasis zur Verfügung. Die Auswahl dieser Optionen hängt von der jeweiligen Anwendung und den Designanforderungen ab.
Dabei spielen Faktoren wie der Temperaturbereich (der Polymere und Metalle möglicherweise ausschließt), die umgebende Atmosphäre (die möglicherweise bestimmte Keramiken erforderlich macht) und die Frage, ob es zu mechanischen Belastungen oder schnellen Temperaturschwankungen kommt, eine Rolle.
Welche Anwendungen erfordern möglicherweise Wärmedämmeigenschaften?
Weitere Informationen zur Materialberatung und Anwendungsbeispiele finden Sie auf den Materialseiten der Website von Precision Ceramics. Zu den typischen Anwendungen zählen unter anderem Hochleistungselektronik, kryogene Systeme, Hochtemperaturverarbeitung, Öfen, Düsentriebwerke und Weltraumanwendungen wie Wärmeisolierung und elektronische Substrate in Satelliten.
Die Website bietet umfassende Einblicke in die entscheidende Rolle dieser Materialien in verschiedenen Branchen und Technologien.
Um diese Wärme abzuleiten und die Funktionalität des elektronischen Systems aufrechtzuerhalten, sind Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit unverzichtbar.
Professor Jon Binner und Präzisionskeramik
Professor Jon Binner, angesehener Wissenschaftler der Universität Birmingham, der für seine Beiträge auf dem Gebiet der Keramik bekannt ist, hat sich mit Precision Ceramics zusammengetan, um eine Reihe aufschlussreicher Erklärvideos zu modernen Keramikmaterialien zu produzieren.
Professor Binner bringt einen großen Erfahrungsschatz, den er durch zahlreiche von Experten begutachtete Artikel, herausgegebene Bücher und Patente unter Beweis stellt, in die Zusammenarbeit ein und bietet damit beispiellose Fachkompetenz.
Seine langjährige Beziehung zu Precision Ceramics unterstreicht sein Engagement für die Weiterentwicklung des Wissens im Bereich keramischer Materialien. Professor Binner ist begeistert, an einem Projekt mitzuwirken, dessen Ziel darin besteht, ein Publikum über die Feinheiten der Keramik aufzuklären und zu informieren. Sein Engagement verspricht, wertvolle Einblicke in diesen wichtigen Bereich der Materialwissenschaften zu bieten.
Precision Ceramics ist ein führender Anbieter maßgeschneiderter technischer Keramiklösungen. Wir gehen über die reine Herstellung hinaus – wir arbeiten in jeder Phase der Materialauswahl, des Produktdesigns und der Entwicklung mit Ihnen zusammen.
Wenn Sie Fragen dazu haben, welcher Keramikwerkstoff für Ihren Anwendungszweck am besten geeignet ist, kontaktieren Sie uns gerne.
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