Che cosa è la conduttività termica?
La conduttività termica misura l’efficienza con cui il calore fluisce attraverso un materiale. Nella maggior parte dei casi, questa proprietà è fondamentale per dissipare il calore dalle zone ad alta temperatura , come il raffreddamento dei LED, dove il calore deve essere convogliato mantenendo l’isolamento elettrico, rendendo le ceramiche a conduttività termica più elevata una soluzione ideale .
Al contrario, per ridurre il flusso di calore si possono impiegare materiali ceramici a bassa conduttività termica.
Perché utilizzare la ceramica per la conduttività termica?
Le ceramiche avanzate stanno guadagnando terreno nei settori che richiedono un’elevata conduttività termica combinata con isolamento elettrico . La ceramica al nitruro di alluminio ha un’elevata conduttività termica fino a 230 W/mK , il nitruro di boro fino a 130 W/mK e il materiale lavorabile, Shapal Hi M Soft, è di 92 W/mK . Le ceramiche di ossido sono economiche e comunemente utilizzate, e in genere offrono una conduttività termica compresa tra 26 e 30 W/mK . Metalli come il rame (~400 W/mK) e l’alluminio (150-240 W/mK) dimostrano elevati livelli di conduttività ma sono elettricamente conduttivi.
In questo video, il professor Jon Binner descrive dettagliatamente i materiali comunemente scelti per l’isolamento termico e i loro valori variabili.
Materiali ceramici ad alta conduttività termica
Nitruro di alluminio (AlN) – CeramAlum™ PCAN3000
- Conduttività termica: 230 W/mK
- Caratteristiche principali: Qualità ad alte prestazioni che unisce resistenza meccanica ed eccezionale conduttività termica.
- Ideale per: applicazioni di gestione termica ad alta richiesta.
Nitruro di alluminio (AlN) – CeramAlum™ PCAN2000 / 4000
- Conduttività termica: 200 W/mK
- Caratteristiche principali: Materiali AIN di qualità avanzata che bilanciano durata e conduzione del calore.
- Ideale per: applicazioni che richiedono una dissipazione del calore affidabile ed efficiente.
Nitruro di alluminio (AlN) – CeramAlum™ PCAN1000
- Conduttività termica: 170 W/mK
- Caratteristiche principali: AIN standard ad elevata purezza che offre scalabilità in termini di dimensioni e spessore (fino a 30 mm).
- Ideale per: Ampie applicazioni termiche che necessitano di parti in ceramica di grandi dimensioni.
Nitruro di boro (BN)
- Conduttività termica: 120 W/mK
- Caratteristiche principali: Buon isolante elettrico con elevata efficienza termica.
- Ideale per: usi speciali che coinvolgono dispositivi elettronici sensibili.
Materiali ceramici a bassa conduttività termica
Macor® – Vetroceramica lavorabile
- Conduttività termica: 1,46 W/mK
- Caratteristiche principali: Vetroceramica ibrida con lavorabilità e elevato isolamento elettrico. Completamente densa e compatibile con UHV.
- Ideale per: applicazioni che richiedono bassa conduttività termica, isolamento elettrico e facile lavorazione.
Zirconia (ZrO2) - CeramaZirc™ 3YZ
- Conduttività termica: 2 W/mK
- Caratteristiche principali: elevata resistenza, tenacità, resistenza all’usura e flessibilità strutturale.
- Ideale per: applicazioni ad alta resistenza con esigenze minime di conduttività termica.
Zirconia (ZrO2) - CeramaZirc™ Ultra Tough
- Conduttività termica: 3 W/mK
- Caratteristiche principali: Composito con zirconia parzialmente stabilizzata e piastrine di allumina per una maggiore tenacità.
- Ideale per: utilizzi gravosi che richiedono resistenza meccanica e basso trasferimento termico.
Fattori che influenzano la conduttività termica nella ceramica
- Grado e purezza del materiale
- Intervallo di temperatura di funzionamento
- Interfacce e giunti dei materiali
- Sistemi di raffreddamento passivi vs. attivi
Queste variabili influenzano notevolmente l’efficienza del trasferimento termico, soprattutto negli assemblaggi multi-materiale in cui si verificano perdite di interfaccia.
Quali materiali possono essere utilizzati come barriere termiche?
Ricevi consigli da esperti sulla scelta del materiale ceramico giusto
Che si progetti in ambito elettronico, aerospaziale o di gestione termica industriale, le ceramiche avanzate come il nitruro di alluminio e il nitruro di boro offrono conduttività termica, resistenza meccanica e isolamento elettrico eccezionali, rendendole ideali per applicazioni ad alte prestazioni.
Massimizza l’efficienza del tuo sistema con i materiali giusti. Contattaci per un supporto esperto : il nostro team ti fornirà consigli personalizzati sui materiali, pensati per le tue esigenze specifiche.
Tabella comparativa dei materiali ceramici
Domande frequenti
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Quali applicazioni potrebbero richiedere proprietà di isolamento termico o di conduzione termica?
I materiali ad alta conduttività termica svolgono un ruolo cruciale nel prevenire il surriscaldamento in forni, sistemi di lavorazione industriale, applicazioni aerospaziali ed elettroniche. Scopri perché un efficiente trasferimento di calore è fondamentale per il funzionamento fluido e affidabile dei dispositivi elettronici.
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Perché il nitruro di alluminio è preferito per le applicazioni termiche?
Offre un’eccellente conduzione del calore (fino a 230 W/mK) mantenendo l’isolamento elettrico.
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I materiali ceramici possono competere con i metalli in termini di conduttività termica?
Sebbene le ceramiche come l’AIN offrano un’elevata conduttività termica, i metalli le superano ancora in termini di prestazioni , ma le ceramiche offrono anche isolamento elettrico e stabilità chimica .
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Cosa limita la conduttività termica della ceramica?
Confini dei grani, impurità, porosità e interfacce dei materiali .
Proprietà correlate
Temperatura massima
Le ceramiche avanzate sono ben note per le loro proprietà di resistenza al calore, per cui iniziano a fondersi solo a temperature intorno ai 2000℃. Rispetto ai materiali ceramici più comuni, come piastrelle o mattoni, iniziano a fondersi a temperature intorno ai 650℃.
Espansione termica
Le ceramiche avanzate hanno generalmente bassi coefficienti di espansione termica, che è la misura di quanto un materiale si espande a causa di un aumento di temperatura. Quando si applica calore alla maggior parte dei materiali, questi si espandono a causa della loro struttura atomica, e grazie alla composizione atomica della ceramica sono in grado di rimanere stabili in un intervallo più ampio di temperature.