Топлинен капацитет на алуминия

Топлинният капацитет се отнася до енергията, необходима за повишаване на температурата на дадено вещество с един градус по Целзий, и се измерва в джаули на килограм материал.

CoorsTek предлага множество продукти от алуминиев оксид с изключителна устойчивост на термичен шок. Macor е усъвършенстван материал, предлагащ изключителни характеристики при по-високи температури.

Температура

Топлинният капацитет се отнася до енергията, необходима за повишаване на температурата на дадено вещество с един градус по Целзий, и може да се изрази и като специфичен топлинен капацитет или енергия за единица маса вещество. Металите обикновено имат по-висок специфичен топлинен капацитет от полимерите или керамиката и обикновено се отличават с големи температури на топене и минимално топлинно разширение - характеристики, които ги правят подходящи за много промишлени приложения.

Приблизителната специфична топлина на алуминия е около 900 J/kg C, което е повече от тази на много други метали, като медта и среброто, поради гъсто разположените атоми, които улесняват проводимостта. От друга страна, специфичната му топлина е по-ниска от тази на много минерали като пясък или варовик, тъй като техните по-слабо подредени атоми затрудняват преноса на топлина.

Алуминият е изолатор и може да помогне за понижаване на температурата във всяка работна зона, но за да се използва безопасно, с него трябва да се работи внимателно, с подходящо оборудване и предпазни мерки. Когато се поставя в близост до горещи повърхности, трябва да се държи далеч от тях, за да се предпазят потребителите, и никога не трябва да се докосват нагревателните елементи, когато са включени; в случай на изгаряне на кожата трябва да се извърши незабавно изплакване, като се препоръчва използването на студена вода, за да се успокоят засегнатите области.

Множество фактори влияят върху специфичната топлина на алуминия, включително фракцията на g-фазата и порьозността. С повишаване на температурата специфичната му топлина намалява, което води до намаляване на топлопроводимостта и дифузията в резултат на фазовото превръщане между a и g фазите.

Тъй като специфичната топлина на алуминиевия оксид зависи от температурата на калциниране, няколко изследователски групи проведоха проучвания, включващи проби, калцинирани при различни температури, за да проучат как температурата влияе върху термичните му свойства и в крайна сметка върху специфичната топлина на алуминиевия оксид и други термодинамични параметри. В резултат на това няколко изследователски групи са провели обширни изследвания на образци, калцинирани при различни температури, за да разберат по-добре влиянието им върху термичните свойства и специфичната топлина. Това е довело до по-добро разбиране на влиянието на температурата върху специфичната топлина и други термодинамични параметри на специфичната топлина и други термодинамични параметри като цяло.

Налягане

Алуминиевият оксид (Al2O3) е инженернокерамичен материал, който се използва широко поради отличните си характеристики на достъпна цена. Алуминият се отличава с отлична механична якост, якост на натиск, твърдост, устойчивост на корозия и износване, както и с ниски стойности на термично разширение; освен това той е химически инертен и биосъвместим, като има и ниски стойности на термично разширение. Специфичният топлинен капацитет на алуминия означава, че той поглъща големи количества енергия при всякаква температура; освен това той има сравнително висока топлопроводимост от 30-35 W/mK, което го прави подходящ за множество приложения в промишлеността.

Специфичният топлинен капацитет на алуминия зависи от температурата, налягането и броя на атомите в единица обем. Формулата за специфичния му топлинен капацитет може да се изрази като Cp = H/N, където H е латентната топлина на изпарение, N е броят на атомите в пробата, а T е температурата; използвайки този подход, моделът на Деби оценява специфичната му топлина при постоянен обем и температура.

Сравнен с хексагонален лед, алуминият има по-ниска способност да абсорбира вода при по-високи температури поради по-грубата повърхност и по-големите интерстициални пространства на неговите йони, отколкото на тези, които се намират в хексагоналния лед, като им е необходимо повече време, за да дифундират от вътрешността му към повърхността му и след това обратно. При температури, по-ниски от температурата на разпадане на алуминия, обаче водата може да се абсорбира бързо в порите му.

За да определите специфичния топлинен капацитет на алуминия, най-добре е да използвате електрически потапящ нагревател. За целта поставете термометър в централния отвор на блока, свържете го с амперметър и волтметър, включете нагревателя, оставете го да нагрява блока в продължение на 10 минути, след което измерете температурата му и запишете резултатите; използвайте уравнението Cp = H/N, за да изчислите специфичния топлинен капацитет на материала.

Добавянето на наночастици може да повиши топлопроводимостта на флуидите, но все още не е постигнат консенсус относно ефекта им върху специфичния им топлинен капацитет. В резултат на това инженерите трябва да проучат как специфичният топлинен капацитет на алуминия се променя в зависимост от температурата, за да проектират системи, които функционират ефективно при различни обстоятелства и намаляват рисковете от температурни градиенти при приложения за охлаждане/отопление.

Порестост

Алуминият е керамичен материал с висок специфичен топлинен капацитет. Неговата химическа и термична стабилност го прави популярен в различни индустрии, а устойчивостта му към много химикали и реагенти го прави устойчив. Алуминият също така се отличава с отлична топлопроводимост, което го прави подходящ за изолационни приложения; неговата топлопроводимост зависи от микроструктурата и факторите на порьозност, тъй като голяма част от фазата g с по-ниска порьозност има по-висок специфичен топлинен капацитет от останалите; следователно е от съществено значение да се определи температурата на синтероване, преди да се използва във всяко приложение или проект.

Покритията от алуминиев оксид, напръскани с въздушна плазма (APS), са широко известни със своята устойчивост на нискотемпературни термични цикли, но са податливи на разслояване и разпространение на пукнатини поради сложните си структури и грапавост на интерфейса. Много проучвания са изследвали тези аспекти; повечето от тях обаче са се фокусирали върху плоски образци или математически моделирани грапавини, а не върху реални морфологии на покритието.

В настоящото изследване се изследва влиянието на различните температури на синтероване върху специфичния топлинен капацитет и топлопроводимостта на два търговски сорта алуминиев оксид с променлива обемна плътност, като за пример се използват два търговски сорта. Резултатите от охарактеризирането показват силна връзка между капацитета за съхранение на енергия и съдържанието на фракция на g-фазата в допълнение към порьозността за увеличаване на капацитета за съхранение на енергия и механичните свойства на алуминия.

При 900 градуса по Целзий бяха тествани образци от алуминиев оксид с различно съотношение и плътност на g-фазите и порьозност, за да се оцени тяхната ефективност. Образецът с по-голямо съдържание на g-фази и по-ниска порьозност показа по-нисък специфичен топлинен капацитет на масова основа, както и по-ниска топлопроводимост от образеца с по-малко съдържание на g-фази и по-висока порьозност.

Целта на това изследване е да се създаде алуминиев оксид с висока порьозност, като се използва методът на желиране на суспензия (GS). Резултатите показаха, че произведената алуминиева пяна има среден размер на порите от 1,2 mm, въпреки че е със затворени клетки; снимка на клетъчната структура за различни обемни плътности е показана на фигура 4. За да се установи този среден размер на порите, в рамките на определянето им бяха направени измервания на дебелината и диаметъра на стените.

Реактивност

Алуминият (наричан още алуминиум) е оксидна керамика с отлични електроизолационни и механични свойства, като твърдост и износоустойчивост, както и с относително висока топлопроводимост за инженерна керамика. Налице е разнообразие от размери и форми на частиците, което позволява от него да се създават отливки, огнеупорни материали и екструдирани продукти. Алуминият също така се отличава със силни антикорозионни свойства и е много твърд; това го прави популярно използван в производството на алуминиеви метали или като абразивен материал, освен че се използва за употреба в производството на алуминиеви метали или за употреба в керамични приложения, като например в производството на алуминиеви метали или в производствени приложения като тези, които се намират на други места в керамичните приложения, като например в производството на алуминий.

Реакционната способност на алуминия се определя от химичния състав на повърхността му и наличието на дефекти или дислокации, като например дислокации. Реактивността може да се определи като способността му да освобождава йони или електрони чрез реакции на окисление; Алуминият е силно реактивен, но тази реактивност е ограничена поради заобикалящия го защитен пасивиран оксиден слой, който предотвратява директната реакция с кислорода от околната среда; Това позволява алуминият с топлинен капацитет да се превръща в метален алуминий чрез процеса на Хол-Херулт.

Благодарение на мощните си характеристики за освобождаване на енергия при реакциите на окисление алуминият може да служи като отличен енергиен материал в твърдите горива и горивните материали. За да се повиши още повече реактивността му, първо трябва да се извърши предварително активиране с органични или неорганични съединения, за да може този материал да работи оптимално. Реактивността може да се повиши и чрез третиране с киселинни или основни разтвори; киселинните разтвори обикновено правят материалите по-реактивни, докато основните третирания обикновено правят алуминия по-стабилен и по-малко реактивен.

Добавянето на азот може допълнително да повиши реактивността на алуминия, като му осигури по-голяма стабилност на оксида и намали скоростта на освобождаване на йони от него. Тези свойства са особено ценни, когато се използват като субстрат за интегрални схеми и свръхпроводящи устройства, като например едноелектронни транзистори и квантови интерференчни устройства. Алтернативно, реактивността му може да бъде повишена и чрез образуване на композитен керамичен материал от алуминий и хром, използван като материал за облицовка на стени в CSP инсталации, поради свойствата на устойчивост на пълзене и здравина и високата реактивност от двата елемента.