Telah diketahui umum bahawa alumina merupakan pemain utama dalam kalangan pengisi pengalir haba. -Al₂O₃ mempunyai kekonduksian terma kira-kira 33–36 W/(m·K) dan kerintangan isipadu kira-kira 10¹⁰ Ω·cm, menjadikannya pengisi pengalir haba dan penebat elektrik yang sangat baik. Morfologi zarah -Al₂O₃ termasuk bentuk sfera, serpihan, berbilang-tak sekata, cacing-, elips dan bentuk lain; saiz zarahnya berjulat daripada skala nano, submikron, hingga skala mikron; dan struktur zarahnya boleh menjadi polihablur atau tunggal-hablur. Struktur mikro yang berbeza ini mempunyai kesan yang ketara ke atas prestasi bahan pengalir haba.
Alumina biasa, kerana permukaannya mengandungi sejumlah besar kumpulan hidroksil dan sangat kutub, hanya boleh diisi dalam minyak silikon atau resin epoksi pada beban rendah, menjadikannya sukar untuk memenuhi permintaan industri. Sebagai perbandingan, alumina sfera membolehkan pecahan pengisian yang jauh lebih tinggi. Sfera yang tinggi dan luas permukaan khusus yang rendah membolehkan pembungkusan-ketumpatan tinggi, menghasilkan campuran dengan kelikatan rendah dan kecairan yang baik yang mudah tersebar secara seragam. Selain itu, ia mempunyai penebat elektrik yang sangat baik, kestabilan terma yang tinggi, pekali pengembangan terma yang rendah dan sifat mekanikal yang baik, menjadikannya sesuai untuk-aplikasi berprestasi tinggi seperti pembungkusan elektronik.
Sudah tentu, jika kekonduksian terma sahaja dipertimbangkan, alumina serpihan adalah pilihan yang optimum. Zarah serpihan mudah bersentuhan antara satu sama lain untuk membentuk laluan pengaliran terma "bersemuka-ke-bermuka" dengan rintangan rendah dan kecekapan pemindahan haba yang tinggi. Pada masa yang sama, permukaan licinnya mudah terikat dengan rantai makromolekul polimer untuk membentuk-struktur bersilang yang memudahkan pemindahan haba. Alumina serpihan sedemikian juga mempunyai pekali pengembangan terma boleh laras, yang membantu meningkatkan kestabilan dimensi bahan antara muka terma.
Walau bagaimanapun, dalam pengeluaran sebenar, alumina serpihan cenderung untuk meningkatkan kelikatan sistem polimer, menjejaskan prestasi pemprosesan, dan terdedah kepada pemendapan, membawa kepada stratifikasi bahan. Oleh itu, ia menuntut keperluan proses pembentukan yang lebih tinggi, yang merupakan sebab utama penggunaannya yang agak terhad dalam pad silikon konduktif terma.
Oleh itu, berdasarkan keperluan untuk kestabilan, prestasi tinggi dan kos rendah dalam sistem alumina konduktif terma dengan morfologi yang berbeza, bahan pengisi alumina konduktif terma komposit-dicapai dengan pembungkusan padat sfera, kuasi-sfera dan pengisi alumina sudut untuk membina rangkaian pengaliran terma dan dengan itu meningkatkan kekonduksian terma{2} pasaran yang dijangkakan, dengan itu meningkatkan kekonduksian terma bagi pasaran{2} yang dijangkakan. permintaan.
Dari segi ketulenan, alumina standard biasanya mempunyai ketulenan kira-kira 99.8%. Walau bagaimanapun, apabila ditapis kepada 99.99% tinggi-alumina ketulenan, kekonduksian termanya bertambah baik. Ini kerana kekotoran dan kecacatan dalam alumina mengganggu aliran lancar fonon dalam getaran kekisi. Kekotoran biasa yang menjejaskan kekonduksian terma dengan ketara ialah natrium; sebagai logam alkali, natrium menyebabkan herotan struktur kristal, dengan itu menghalang aliran haba. Alumina konvensional mungkin mempunyai kandungan natrium melebihi 100 ppm, manakala alumina-tulen tinggi yang dihasilkan melalui proses yang cekap dan mampan boleh mengekalkan kandungan natrium di bawah 10 ppm. Disebabkan kandungan kekotorannya yang rendah dan struktur seragam,-alumina ketulenan tinggi membolehkan pengangkutan fonon yang lebih baik dan memberikan prestasi terma yang unggul.
Tetapi apabila struktur alumina berubah kepada seni bina berliang, ia mempamerkan penebat haba yang sangat baik dan sifat refraktori. kenapa ni? Sebab utama adalah seperti berikut:
Di satu pihak, kekonduksian terma bahan yang sama berbeza dengan suhu. Apabila suhu dalam tanur perindustrian meningkat, kekonduksian haba alumina secara berterusan berkurangan; pada 1200 darjah, kekonduksian habanya adalah kira-kira separuh daripada itu pada 400 darjah. Namun begitu, kekonduksian terma alumina pada suhu bilik ialah 20–30 W/(m·K), malah pada 1200 darjah dalam-suhu tanur tinggi, ia boleh mencapai hampir 10 W/(m·K)-masih lebih tinggi daripada banyak bahan lain. Oleh itu, tingkah laku penebat alumina pada asasnya disebabkan oleh perubahan dalam strukturnya.
Apabila alumina digunakan sebagai bahan pengalir haba, ia secara amnya memerlukan ketumpatan tinggi dan ketulenan tinggi untuk meminimumkan komponen fasa kaca yang timbul daripada susunan atom atau ionik yang tidak teratur. Walau bagaimanapun, ciri alumina yang paling tersendiri sebagai penebat haba ialah struktur berliang,{1}}ketumpatan rendah. Kekonduksian terma yang rendah, kekuatan mekanikal yang tinggi dan suhu perkhidmatan yang tinggi menjadikannya pilihan ideal untuk lapisan refraktori dalam tanur industri.
Bahan penebat haba berkesan menekan laluan pengaliran haba, perolakan, dan sinaran melalui struktur komposisi unik mereka, dengan itu mencapai penebat yang cekap. Pemindahan haba dalam bahan penebat berlaku terutamanya melalui tiga laluan:-pengaliran haba fasa pepejal, pengaliran haba fasa-gas dan pemindahan haba sinaran. Antaranya, pengaliran fasa pepejal-adalah yang paling penting; walaupun pada suhu yang agak tinggi, haba yang dipindahkan melalui fasa pepejal masih menyumbang kira-kira 70%.
Dalam struktur berliang sedemikian, pengaliran haba fasa pepejal{0}}terjadi terutamanya melalui dua laluan: satu ialah pemindahan haba melalui gas dalam liang, yang merangkumi perolakan udara, pemindahan sinaran dan pemindahan haba disebabkan oleh gerakan molekul gas; yang satu lagi masih pepejal-pemindahan fasa, tetapi arah aliran haba diubah, memanjangkan keseluruhan laluan pemindahan haba. Oleh itu, seramik alumina berliang boleh, pada tahap tertentu, menghalang pengaliran haba dan sinaran haba, dengan berkesan menyediakan penebat haba.
Klasifikasi bahan penebat haba alumina nanoporous
Bahan penebat haba alumina nanoporous terutamanya termasuk bahan penebat alumina airgel dan bahan penebat ditekan nano{0}}alumina, antara lain. Ia menampilkan ketumpatan rendah, kekonduksian terma rendah dan rintangan suhu-tinggi serta mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam industri dan aeroangkasa.
Bahan penebat airgel alumina
Proses penyediaan aerogel alumina terutamanya termasuk pembentukan sol, gelasi, penuaan, dan langkah-langkah pengeringan.
Dalam penyediaan aerogel alumina, garam aluminium biasanya mula-mula ditukar menjadi larutan atau sol, yang kemudiannya mengalami tindak balas kimia untuk membentuk gel, dan akhirnya gel dikeringkan untuk mendapatkan aerogel alumina. Proses ini tertumpu pada kaedah sol-gel, digabungkan dengan teknik pengeringan yang berbeza untuk mengekalkan struktur rangkaian nanopori. Aerogel oksida yang disediakan melalui kaedah sol-gel menawarkan fleksibiliti proses yang kuat, sifat sampel yang unggul dan pembangunan proses yang lebih matang, menjadikan ini arah utama untuk penyediaan aerogel alumina.
Nano-bahan penebat ditekan alumina
Nano-bahan penebat ditekan alumina terdiri daripada struktur berliang yang dibentuk oleh pembungkusan zarah alumina-nano. Liang-liang yang banyak dengan berkesan menyekat pengaliran haba molekul gas; rangka pepejal mempunyai kekonduksian haba yang rendah; dan saiz zarah skala nano meningkatkan penyerakan haba dengan ketara, mengurangkan kekonduksian terma.
Kaedah penyediaan untuk nano-bahan penebat ditekan alumina terutamanya melibatkan penggabungan zarah serbuk alumina-nano sebagai matriks dengan bahan penguat untuk membangunkan-bahan penebat berprestasi tinggi. Teknik penyediaan boleh dibahagikan secara meluas kepada pembentukan kering dan pembentukan basah.
Pembentukan kering: Pembentukan kering dilakukan tanpa cecair atau hanya dengan sedikit cecair, di mana matriks nano-dan bahan pengukuh bercampur dan kemudian kering-ditekan. Kaedah ini ringan, mudah dikendalikan dan mesra alam. Khususnya, serbuk nano-, bahan penguat, pengikat dan bahan mentah pepejal lain dicampur secara seragam dengan cara mekanikal, kemudian campuran itu dimuatkan ke dalam acuan dan ditekan di bawah keadaan tertentu menggunakan penekan untuk mendapatkan bahan komposit nano-.
Pembentukan basah: Pembentukan basah menggunakan serbuk nano-oksida sebagai bahan mentah. Semasa proses pencampuran, cecair seperti air ternyahion ditambah sebagai pelarut. Melalui kacau mekanikal, bahan mentah dicampurkan ke dalam buburan dengan kecairan tertentu. Buburan kemudian dituangkan ke dalam acuan, dan pelarut dikeluarkan melalui penapisan, pengeringan, rawatan haba atau kaedah lain untuk mendapatkan bahan penebat nano-oksida.
Nano-bahan penebat ditekan alumina yang dihasilkan melalui pembentukan basah mempunyai-suhu kekonduksian terma bilik yang serupa dengan bahan kering-terbentuk. Selain itu, kehadiran pelarut membolehkan pencampuran bahan mentah yang lebih seragam, memberikan keterserakan yang lebih baik; lebih mudah untuk mengawal rumusan buburan dan melaraskan parameter seperti kepekatan dengan tepat.