先进陶瓷的热导率

热导率（k，单位：W/m·K）衡量材料的导热能力——这是电子、航空航天、能源和工业应用的关键特性。在本文中，我们将探讨先进陶瓷与金属和塑料的比较，它们的重要性以及它们的应用领域。

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陶瓷热导率为何如此重要

陶瓷因其独特的高导热性和优异的电绝缘性而被广泛用于热管理。与同时导热和导电的金属不同，氮化铝 (AlN)、氧化铍 (BeO) 和碳化硅 (SiC) 等先进陶瓷能够高效传热，同时阻止电流流动。这使得它们成为电子元件、功率器件以及高温应用的理想选择，因为这些应用对电气隔离和可靠的散热至关重要。

此外，陶瓷还具有以下优点：

这些特性使陶瓷能够作为电子、航空航天、汽车和能源等行业的有效散热器、基板和绝缘散热器。

*数据仅供参考。

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下面的条形图显示了各种工程材料的热导率——从超硬陶瓷到常见的工业塑料，按高到低排序。

Ceramic

Metal

Plastic

*数据仅供参考。

应用陶瓷：
- 氮化铝（AlN）
- 氧化铍（BeO）
- 氮化硅（Si₃N₄）
应用案例：
- 高热负荷轴承绝缘垫片：Si₃N₄陶瓷具有良好的热导率（约20-30 W/m·K）、耐高温、抗冲击，用于高速主轴可有效传导热量，避免过热。
- 电机散热端盖：AlN具有较高的热导率（约170-220 W/m·K），常用于高效电机外壳，替代传统金属，以减轻重量和热应力。
- 大功率设备热交换基座：用于数控机床功率模块冷却。

应用陶瓷：
- 氮化铝（AlN）
- 氧化铍（BeO）
- 氧化铝（Al₂O₃）
应用案例：
- 高频通讯模块散热基板（AlN/BeO）：高热导率（BeO>250 W/m·K），确保微波芯片的温度控制在安全范围内，常用于5G、雷达模块。
- LED封装散热基体：AlN陶瓷具有较高的热导率和良好的绝缘性，是大功率LED封装的主流材料。
- IGBT/功率半导体封装基板：AlN基板有效抑制芯片局部过热，提高寿命。

应用陶瓷：
- 氮化铝（AlN）
- 氮化硅（Si₃N₄）
- 氧化铝陶瓷
应用案例：
- 动力电池热管理陶瓷垫片：AlN陶瓷用于电池模组垫片，快速传导热量，防止热失控。
- 电控系统功率模块基板：用于SiC MOSFET模块的散热基底，提高系统冷却效率。
- 电传动系统陶瓷轴承：Si₃N₄具有良好的导热性和电绝缘性能，广泛应用于电机轴承，降低能耗和温升。

应用陶瓷：
- 氮化硅（Si₃N₄）
- 氮化铝（AlN）
- 氧化铍（BeO）
应用案例：
- 火箭推进系统的隔热/导热陶瓷部件：如喷嘴衬套、高速气管等，Si₃N₄兼具耐热性、导热性和抗冲击性。
- 卫星电子元件散热基座：采用BeO或AlN进行高效散热，保证航天电子模块稳定工作温度。
- 高速飞机电子设备的热控制：采用AlN陶瓷对飞行控制系统中的功率元件进行散热，提高系统可靠性。

应用陶瓷：
- 氮化硅（Si₃N₄）
- 碳化硅（SiC）
- 氧化铝陶瓷
应用案例：
- 钢熔温度探头保护套（Si₃N₄、SiC）：具有良好的导热性和耐化学腐蚀性，能快速传递温度信号，延长使用寿命。
- 铝熔热坩埚/喷嘴：采用高导热陶瓷（如SiC）可均匀加热，避免局部过热。
- 热电偶保护套：高导热陶瓷外壳，对温度变化响应迅速，确保冶炼控温的准确性。