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熱換的基本途徑為:傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。為了有效散熱,人們常通過(guò)減少熱流途徑的熱阻和加強(qiáng)對(duì)流系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn),往往忽略了熱輻射。LED燈一般采用然對(duì)流散熱,散熱器將LED產(chǎn)生的熱量快速傳遞到散熱器表面,由于對(duì)流系數(shù)較低,熱量不能及時(shí)地散到周圍的空氣中,導(dǎo)致表面溫度升,LED的工作環(huán)境惡化。提輻射率可以有效地將散熱器表面的熱量通過(guò)熱輻射的形式帶走,一般鋁制散熱器通過(guò)陽(yáng)極氧化來(lái)提表面輻射率,陶瓷材料本身可以有輻射率特,不必進(jìn)行復(fù)雜的后續(xù)處理。
輻射機(jī)理
陶瓷材料的輻射機(jī)理是由隨機(jī)振動(dòng)的非諧振效應(yīng)的二聲子和多聲子產(chǎn)生。輻射陶瓷材料如碳化硅、屬氧化物、硼化物等均存在極強(qiáng)的紅外jh極振動(dòng),這些極振動(dòng)由于有極強(qiáng)的非諧效應(yīng),其雙頻和頻區(qū)的吸收系數(shù),一般有100~100cm-1數(shù)量級(jí),相當(dāng)于中等強(qiáng)度吸收區(qū)在這個(gè)區(qū)域剩余反射帶的較低反射率,因此,有利于形成一個(gè)較平坦的強(qiáng)輻射帶。
一般來(lái)說(shuō),有熱輻射效率的輻射帶,大致是從強(qiáng)共振波長(zhǎng)延伸到短波整個(gè)二聲子組合和頻區(qū)域,括部分多聲子組合區(qū)域,這是多數(shù)輻射陶瓷材料輻射 帶的共同特點(diǎn),可以說(shuō),強(qiáng)輻射帶主要源于該波段的二聲子組合輻射。除少數(shù)例外,一般輻射陶瓷的輻射帶集中在大于5m的二聲子、三聲子區(qū)。因此,對(duì)于紅外輻 射陶瓷而言,1~5m波段的輻射主要來(lái)于由載流子的帶內(nèi)躍遷或子從雜質(zhì)能級(jí)到導(dǎo)帶的直接躍遷,大于5m波段的輻射主要?dú)w于二聲子組合輻射。
劉維良、駱?biāo)劂憣?duì)常溫陶瓷紅外輻射做了研究,測(cè)試的陶瓷樣品紅外輻射率約0.82~0.94,對(duì)不同表面質(zhì)量的遠(yuǎn)紅外陶瓷釉面也進(jìn)行了測(cè)試,輻射率約0.6~0.88,并從陶瓷斷口SEM照片中得出遠(yuǎn)紅外陶瓷粉在釉中添加量為10wt%時(shí)的輻射能、釉面質(zhì)量、顏色和成本較佳,其輻射率達(dá)到了 0.83,其他能均達(dá)到國(guó)家日用瓷標(biāo)準(zhǔn)要求。崔萬(wàn)秋、吳春蕓對(duì)低溫遠(yuǎn)紅外陶瓷塊狀樣品進(jìn)行了測(cè)試,紅外輻射率為0.78~0.94。李紅濤、劉建學(xué)研究現(xiàn),常溫遠(yuǎn)紅外陶瓷輻射率一般可達(dá)0.85,國(guó)外Enecoat釉涂料最輻射率可達(dá)0.93~0.94。眾多研究均表明,陶瓷材料或釉面本身有很的紅外輻射率,是其替代傳統(tǒng)鋁制散熱器的一大重要參數(shù)。[1]
普通材料
采用tr原料如長(zhǎng)石、粘土和石英等燒結(jié)而成,是典型的硅酸鹽材料,主要組成元素是硅、鋁、氧,這三種元素占地殼元素總量的90%,普通陶瓷來(lái)源豐富、成本低、工藝成熟。這類陶瓷能特征和用途又可分為日用陶瓷、建筑陶瓷、絕緣陶瓷、化工陶瓷等。
特種材料
采用純度人工合成的原料,利用精密控制工藝成形燒結(jié)制成,一般有某些特殊能,以適應(yīng)各種需要。根據(jù)其主要成分,有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、屬陶瓷等;特種陶瓷有特殊的力學(xué)、光、聲、、磁、熱等能。本節(jié)主要介紹特種陶瓷。
特種材料分類
根據(jù)用途不同,特種陶瓷材料可分為結(jié)構(gòu)陶瓷、工陶瓷、功能陶瓷。
結(jié)構(gòu)陶瓷
氧化鋁陶瓷主要組成物為Al2O3,一般含量大于45%。氧化鋁陶瓷有各種優(yōu)良的能。耐溫,一般可要1600℃長(zhǎng)期使用,耐腐蝕,強(qiáng)度,其強(qiáng)度為普通陶瓷的2~3倍,者可達(dá)5~6倍。其缺點(diǎn)是脆大,不能接受突然的環(huán)境溫度變化。用途極為廣泛,可用作坩堝、動(dòng)機(jī)火花塞、溫耐火材料、熱偶套管、密封環(huán)等,也可作刀和模。
氮化硅陶瓷主要組成物是Si3N4,這是一種溫強(qiáng)度、硬度、耐磨、耐腐蝕并能潤(rùn)滑的溫陶瓷,線膨脹系數(shù)在各種陶瓷中最,使用溫度達(dá)1400℃,有極好的耐腐蝕,除氫氟酸外,能耐其它各種酸的腐蝕,并能耐堿、各種屬的腐蝕,并有優(yōu)良的絕緣和耐輻射??捎米鳒剌S承、在腐蝕介質(zhì)中使用的密封環(huán)、熱偶套管、也可用作屬切削刀。
碳化硅陶瓷主要組成物是SiC,這是一種強(qiáng)度、硬度的耐溫陶瓷,在1200℃~1400℃使用仍能保持的抗彎強(qiáng)度,是目前溫強(qiáng)度最的陶瓷,碳化硅陶瓷還有良好的導(dǎo)熱、抗氧化、導(dǎo)和的沖擊韌度。是良好的溫結(jié)構(gòu)材料,可用于火箭尾噴管噴嘴、熱偶套管、爐管等溫下工作的部件;利用它的導(dǎo)熱可制作溫下的熱換器材料;利用它的硬度和耐磨制作砂輪、磨料等。
六方氮化硼陶瓷主要成分為BN,晶體結(jié)構(gòu)為六方晶系,六方氮化硼的結(jié)構(gòu)和能與石墨相似,故有“白石墨”之稱,硬度較低,可以進(jìn)行切削加工有潤(rùn)滑,可制成潤(rùn)滑溫軸承、玻璃成形模等。