Wärmeleitfähigkeit Die Wärmeleitfähigkeit ist ein Maß für die Fähigkeit eines Materials, Wärme zu übertragen. Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit können Wärme effizient übertragen und leicht aus der Umgebung aufnehmen. Ein schlechter Wärmeleiter behindert den Wärmefluss und nimmt langsam Wärme aus der Umgebung auf. Gemäß den SI-Richtlinien (System International) wird die Wärmeleitfähigkeit eines Materials in Watt pro Meter pro Kelvin (W/mK) gemessen.
Nachfolgend sind die 10 gemessenen wärmeleitfähigen Materialien und ihre Werte zusammengefasst. Da die Wärmeleitfähigkeit abhängig von der verwendeten Ausrüstung und der Umgebung, in der die Messungen durchgeführt werden, variiert, handelt es sich bei diesen Leitfähigkeitswerten um Durchschnittswerte.
Natürlich vorkommende wärmeleitende Materialien
1. Diamant - 2000 - 2200 W/mK
Diamant ist das Material mit der besten Wärmeleitfähigkeit der Natur, mit einer Leitfähigkeit, die fünfmal höher ist als die von Kupfer, dem am häufigsten hergestellten Metall in den USA. Diamantatome bestehen aus einem einfachen Kohlenstoffgerüst und bieten somit die ideale Molekülstruktur für eine effiziente Wärmeübertragung. Typischerweise weisen die Materialien mit der einfachsten chemischen Zusammensetzung und Molekülstruktur die höchsten Wärmeleitfähigkeitswerte auf.
Diamant ist ein wichtiger Bestandteil vieler moderner tragbarer elektronischer Geräte. Ihre Rolle in der Elektronik besteht darin, die Wärmeableitung zu fördern und empfindliche Computerkomponenten zu schützen. Die hohe Wärmeleitfähigkeit von Diamanten hat sich auch bei der Echtheitsbestimmung von Edelsteinen in Schmuckstücken als nützlich erwiesen. Der Einsatz kleiner Mengen Diamant in Werkzeugen und Technologien kann einen dramatischen Einfluss auf die Wärmeleitfähigkeit haben.
2. Silber - 429 W/mK
Silber ist ein relativ günstiger und reichlich vorhandener Wärmeleiter. Silber ist fester Bestandteil vieler Elektrogeräte und zählt aufgrund seiner Formbarkeit zu den vielseitigsten Metallen. 35 Prozent des in den USA hergestellten Silbers werden in Elektrowerkzeugen und Elektronik verwendet (US Geological Survey Mineral Community 2013). Ein Nebenprodukt von Silber, Silberpaste, erfreut sich aufgrund seiner Verwendung als umweltfreundliche Energiealternative zunehmender Nachfrage. Silberpaste wird bei der Herstellung von Photovoltaikzellen verwendet, die ein Hauptbestandteil von Solarmodulen sind.
3. Kupfer - 398 W/mK
Kupfer ist das am häufigsten verwendete Metall für die Herstellung leitfähiger Geräte in den Vereinigten Staaten. Kupfer hat einen hohen Schmelzpunkt und eine mittlere Korrosionsrate. Es ist außerdem ein sehr effizientes Metall zur Minimierung des Energieverlusts bei der Wärmeübertragung. Metallpfannen, Warmwasserleitungen und Autokühler sind allesamt Geräte, die die leitfähigen Eigenschaften von Kupfer nutzen.
4. Gold - 315 W/mK
Gold ist ein seltenes und teures Metall, das für bestimmte leitfähige Anwendungen verwendet wird. Im Gegensatz zu Silber und Kupfer läuft Gold selten an und kann stark korrosiven Bedingungen standhalten.
5, Aluminiumnitrid - 310 W/mK
Aluminiumnitrid wird häufig als Ersatz für Berylliumoxid verwendet. Im Gegensatz zu Berylliumoxid stellt Aluminiumnitrid bei der Herstellung keine Gesundheitsgefährdung dar, weist aber dennoch ähnliche chemische und physikalische Eigenschaften wie Berylliumoxid auf. Aluminiumnitrid ist eines der wenigen Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit und elektrischen Isolationseigenschaften. Es verfügt über eine außergewöhnliche Beständigkeit gegen Temperaturschocks und fungiert als elektrischer Isolator in mechanischen Chips.
6. Siliziumkarbid - 270 W/mK
Siliziumkarbid ist ein Halbleiter, der aus einer ausgewogenen Mischung von Silizium- und Kohlenstoffatomen besteht. Bei der Herstellung und Verschmelzung verbinden sich Silizium und Kohlenstoff zu einem extrem harten und haltbaren Material. Diese Mischung wird häufig als Bestandteil von Automobilbremsen, Turbinen und Stahlmischungen verwendet.
7. Aluminium - 247 W/mK
Aluminium wird häufig als kostengünstige Alternative zu Kupfer verwendet. Obwohl Aluminium weniger leitfähig als Kupfer ist, ist es reichlich vorhanden und aufgrund seines niedrigen Schmelzpunkts leicht zu verarbeiten. Aluminium ist ein wichtiger Bestandteil von LED-Lampen (Light Emitting Diodes). Kupfer-Aluminium-Mischungen erfreuen sich immer größerer Beliebtheit, da sie die Eigenschaften von Kupfer und Aluminium nutzen und kostengünstiger hergestellt werden können.
8, Wolfram - 173 W/mK
Wolfram hat einen hohen Schmelzpunkt und einen niedrigen Dampfdruck, was es zu einem idealen Material für Geräte macht, die starker Elektrizität ausgesetzt sind. Aufgrund seiner chemischen Inertheit kann Wolfram als Elektrode in einem Elektronenmikroskop verwendet werden, ohne den Strom zu verändern. Es wird auch häufig in Komponenten für Glühbirnen und Kathodenstrahlröhren verwendet.
9. Graphit 168 W/mK
Graphit ist eine einfallsreiche, kostengünstige und leichtere Alternative zu anderen Kohlenstoffisomeren. Es wird häufig als Zusatz zu Polymermischungen verwendet, um deren Wärmeleitfähigkeit zu verbessern. Batterien sind ein häufiges Beispiel für Geräte, die die hohe Wärmeleitfähigkeit von Graphit nutzen.
10. Zink 116 W/mK
Zink ist eines der wenigen Metalle, das sich leicht mit anderen Metallen zu einer Metalllegierung (einer Mischung aus zwei oder mehr Metallen) kombinieren lässt. Zwanzig Prozent der Zinkgeräte in den USA werden aus Zinklegierungen hergestellt. Beim Verzinken werden 40 Prozent des hergestellten Reinzinks verwendet. Beim Verzinken wird Stahl oder Eisen mit einer Zinkschicht versehen, um das Metall vor Witterungseinflüssen und Rost zu schützen.
Künstliche Oberflächenbehandlungsmaterialien
DLC Diamond Like Coating – eine Nanobeschichtung, die mithilfe der Vakuumbeschichtungstechnik, dem PVD-Verfahren, hergestellt wird. Hat eine gute Isolierung und Wärmeleitfähigkeit
Al2O3-Aluminiumoxid-Beschichtungen – im CVD-Verfahren hergestellte Nanobeschichtungen. Es handelt sich um die gebräuchlichste Verbundfunktionsfolie mit guter Isolierung und Wärmeleitfähigkeit. Die Kontrolle und Verklebung der Filmdicke bietet erhebliche Vorteile gegenüber dem thermischen Spritzen. Allerdings findet der hohe Preis kaum Anklang. Wärmeleitfähigkeit: 23-32 (W/m*k)
HBN-Beschichtung aus hexagonalem Bornitrid {{0}} (W/m*k), die beste Keramikbeschichtung für Wärmeleitfähigkeit über 500 Grad Umgebungstemperatur. Auch das beste keramische Isoliermaterial bei hohen Temperaturen (Durchbruchspannung 3 kV/mm). Konventionell chemisch inert, niedriger Reibungskoeffizient von 0,16. Oxidationsbeständig, 900 Grad mit Sauerstoff, 2000 Grad ohne Sauerstoff. Das TiB2-Verbund-Vakuumbeschichtungsverfahren von NAXICO ermöglicht maßgeschneiderte supertemperaturbeständige und superharte Nanobeschichtungen.
BeO-Berylliumoxid – ähnliche Wärmeleitfähigkeit wie Purpurkupfer. Pulver ist hochgiftig. Die Verflüchtigung beginnt bei 1000 Grad. Beginnt mit dem Auslaufen.
