Konduktivitas termal memainkan peran penting dalam berbagai industri, yang memengaruhi efisiensi perpindahan panas dan manajemen termal. Konduktivitas termal yang tinggi adalah karakteristik yang diinginkan dalam material, terutama dalam aplikasi yang membutuhkan pembuangan panas yang efektif. Di antara beragam bahan, keramik menonjol karena kombinasi sifat uniknya, termasuk konduktivitas termal yang tinggi. Dalam panduan komprehensif ini, kami akan menjelajahi 10 bahan keramik teratas yang terkenal dengan konduktivitas termalnya yang luar biasa dan mempelajari aplikasinya di berbagai industri.
10 Bahan Keramik Konduktivitas Termal Tinggi yang Khas
1. Berilium Oksida (BeO): ~ 230-330 W/mK
Berilium Oksida (BeO) menonjol dengan salah satu konduktivitas termal tertinggi di antara keramik. Sifat termalnya yang sangat baik membuatnya cocok untuk aplikasi yang menuntut di mana pembuangan panas yang efisien sangat penting.
Aplikasi:
- Dirgantara: BeO banyak digunakan dalam industri kedirgantaraan, di mana kombinasi konduktivitas termal yang tinggi dan sifat ringannya menguntungkan. Ini berkontribusi pada produksi komponen dalam pesawat ruang angkasa dan satelit.
- Elektronik: Dalam industri elektronik, BeO digunakan dalam pembuatan perangkat elektronik berkinerja tinggi, terutama yang membutuhkan manajemen termal yang efektif, seperti transistor dan sirkuit terpadu.
2. Aluminium Nitrida (AlN): ~150-250 W/mK
Aluminium Nitrida (AlN) adalah bahan keramik yang dihargai karena konduktivitas termalnya yang tinggi dan sifat insulasi listrik yang sangat baik. Dengan konduktivitas termal berkisar antara 150 hingga 250 W/mK, AlN banyak digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan pembuangan panas yang efisien.
Aplikasi:
- Elektronik: AlN umumnya digunakan dalam produksi substrat untuk perangkat elektronik dengan kepadatan daya tinggi. Kombinasi konduktivitas termal dan isolasi listrik membuatnya berharga dalam industri semikonduktor.
- Pencahayaan LED: Dalam teknologi LED, AlN digunakan karena sifat manajemen termalnya. Ini membantu menghilangkan panas yang dihasilkan oleh LED, memastikan kinerja dan umur panjang yang optimal.
3. Silikon Karbida (SiC): ~120-250 W/mK
Silikon Karbida (SiC) adalah bahan keramik yang terkenal dengan konduktivitas termal yang sangat tinggi, kekuatan mekanik, dan stabilitas kimia. Dengan konduktivitas termal berkisar antara 120 hingga 250 W/mK, SiC adalah bahan serbaguna dalam aplikasi yang menuntut.
Aplikasi:
- Elektronik Kepadatan Daya Tinggi: SiC banyak digunakan dalam pembuangan panas dan pengemasan perangkat elektronik berdensitas daya tinggi dan frekuensi tinggi. Sifat termal dan listriknya membuatnya cocok untuk aplikasi elektronika daya dan frekuensi radio (RF).
- Dirgantara: Industri kedirgantaraan mendapat manfaat dari sifat ringan SiC dan kemampuannya untuk menahan suhu tinggi. Komponen SiC berkontribusi pada efisiensi dan keandalan sistem kedirgantaraan.
4. Tembaga Aluminium Oksida (CuAlO2): ~100-200 W/mK
Tembaga Aluminium Oksida (CuAlO2) adalah bahan keramik unik yang menunjukkan konduktivitas termal yang luar biasa, bersama dengan kombinasi sifat-sifat lain yang diinginkan seperti konduktivitas listrik.
Aplikasi:
- Elektronik: CuAlO2 menemukan aplikasi dalam sistem manajemen elektronik dan termal di mana sifat termal dan listrik sangat penting. Sifat konduktivitas gandanya membuatnya cocok untuk komponen elektronik khusus tertentu.
- Manajemen Termal: Dalam industri yang membutuhkan perpindahan panas yang efektif, CuAlO2 dapat digunakan dalam berbagai aplikasi manajemen termal, memastikan pembuangan panas yang efisien.
5. Boron Nitrida (BN): ~ 20-300 W / mK (tergantung jenis)
Boron Nitrida (BN) adalah bahan keramik dengan sifat unik, dan konduktivitas termalnya dapat bervariasi secara signifikan tergantung pada bentuk strukturalnya. Ada dua jenis utama Boron Nitrida yang umumnya dikenal:
- Boron Nitrida Heksagonal (h-BN): Dengan struktur yang mirip dengan grafit, h-BN menunjukkan konduktivitas termal yang tinggi di sepanjang lapisan planarnya. Jenis BN ini dapat menunjukkan nilai konduktivitas termal dalam kisaran 20-300 W/mK. Ini sering digunakan sebagai pelumas, isolator, atau dalam aplikasi di mana konduktivitas termalnya yang tinggi bermanfaat.
- Boron Nitrida Kubik (c-BN): Memiliki struktur kristal yang mirip dengan berlian, c-BN dapat menunjukkan nilai konduktivitas termal yang sebanding dengan h-BN. Jenis BN ini terkenal dengan kekerasannya dan umumnya digunakan dalam alat pemotong dan aplikasi abrasif.
Aplikasi:
- Industri Elektronik: Konduktivitas termal yang tinggi dari Boron Nitrida Heksagonal membuatnya cocok untuk digunakan dalam elektronik, terutama dalam produksi komponen manajemen termal seperti heat sink dan lapisan isolasi.
- Teknik Metalurgi: Sifat termal yang sangat baik dari Boron Nitrida dapat digunakan dalam proses metalurgi yang membutuhkan stabilitas suhu tinggi dan perpindahan panas yang efisien.
- Dirgantara: Industri kedirgantaraan mendapat manfaat dari kombinasi konduktivitas termal dan isolasi listrik BN, menjadikannya berharga dalam berbagai komponen, termasuk lapisan isolasi untuk pesawat ruang angkasa.
6. Titanium Diborida (TiB2): ~60-70 W/mK
Titanium Diborida (TiB2) menunjukkan konduktivitas termal yang moderat dan dikenal karena stabilitas suhunya yang tinggi. Ini sering dipilih untuk aplikasi di mana sifat termal dan mekanik sangat penting.
Aplikasi:
- Aplikasi Suhu Tinggi: TiB2 digunakan di lingkungan bersuhu tinggi, seperti cawan lebur untuk pemrosesan logam cair. Stabilitas dan ketahanannya terhadap kondisi ekstrem membuatnya cocok untuk aplikasi ini.
- Alat Pemotong Keramik: Kekerasan dan ketahanan TiB2 terhadap keausan membuatnya berharga dalam produksi alat pemotong untuk pemesinan material keras, berkontribusi pada peningkatan masa pakai dan efisiensi alat.
7. Magnesium Oksida (MgO): ~ 40-60 W/mK
Magnesium Oksida (MgO) dikenal dengan konduktivitas termalnya yang moderat dan dihargai karena sifat insulasi listriknya. Ini menemukan aplikasi di berbagai industri yang membutuhkan isolasi termal dan stabilitas.
Aplikasi:
- Elektronika Daya: MgO umumnya digunakan sebagai isolasi listrik dalam elektronika daya. Sifat termalnya berkontribusi pada fungsi komponen elektronik yang efisien, mencegah panas berlebih.
- Bahan Tahan Api: MgO digunakan dalam bahan tahan api, memberikan isolasi termal di lingkungan bersuhu tinggi. Ini memastikan stabilitas dan umur panjang dalam aplikasi seperti pelapis tungku.
8. Alumina (Al2O3): ~ 20-40 W / mK
Alumina (Al2O3) dikenal dengan kinerja insulasi dan kekuatan mekaniknya yang baik. Sifat termalnya, meskipun moderat, menemukan beragam aplikasi di berbagai industri.
Aplikasi:
- Elektronika Daya: Alumina banyak digunakan dalam elektronika daya karena sifat insulasi listriknya. Ini berkontribusi pada pembuatan komponen isolasi dalam semikonduktor dan perangkat elektronik.
- Pencahayaan LED: Dalam industri pencahayaan LED, alumina digunakan untuk konduktivitas termalnya dalam heat sink. Ini membantu menghilangkan panas yang dihasilkan oleh LED, memastikan kinerja yang optimal.
9. Silikon Nitrida (Si3N4): ~20-40 W/mK
Silikon Nitrida (Si3N4) dikenal karena kekuatan mekanik dan stabilitas kimianya yang sangat baik. Konduktivitas termalnya yang moderat membuatnya cocok untuk aplikasi elektronik bersuhu tinggi dan bertegangan tinggi.
Aplikasi:
- Elektronik Suhu Tinggi dan Tegangan Tinggi: Keramik Si3N4 digunakan untuk pengemasan dan pembuangan panas pada perangkat elektronik yang beroperasi di lingkungan yang menantang. Sifat-sifatnya berkontribusi pada keandalan dan efisiensi perangkat tersebut.
- Fokus Penelitian: Keramik Si3N4 telah mendapatkan perhatian dari para peneliti karena sifatnya yang luar biasa, termasuk ketangguhan yang tinggi, ketahanan goncangan termal yang kuat, insulasi yang baik, ketahanan terhadap korosi, dan tidak beracun.
10. Zirkonia (ZrO2): ~ 2-3 W/mK (zirkonia yang distabilkan dengan yttria dapat memiliki nilai yang lebih tinggi)
Zirkonia (ZrO2), dalam bentuknya yang tidak stabil, memiliki konduktivitas termal moderat dalam kisaran 2-3 W/mK. Namun, ketika distabilkan dengan yttria, konduktivitas termal zirkonia dapat ditingkatkan secara signifikan, menawarkan peningkatan kinerja dalam berbagai aplikasi.
Aplikasi:
- Perangkat Elektronik Suhu Tinggi: Zirkonia yang distabilkan dengan Yttria sering kali lebih disukai dalam pengemasan dan insulasi panas perangkat elektronik bersuhu tinggi. Kekuatan mekanik dan stabilitas kimianya yang baik berkontribusi pada stabilitas komponen elektronik dalam kondisi ekstrem.
- Teknik Biomedis: Dalam aplikasi biomedis, zirkonia yang distabilkan dengan yttria digunakan karena biokompatibilitas dan ketahanannya terhadap korosi. Ini digunakan dalam implan gigi dan perangkat medis lainnya di mana stabilitas termal dan kompatibilitas dengan tubuh manusia sangat penting.
- Konduktivitas termal yang ditingkatkan pada zirkonia yang distabilkan dengan yttria memperluas penerapannya di seluruh industri, menawarkan solusi serbaguna untuk aplikasi yang menuntut kinerja termal dan mekanis.
Disadur dari: www.preciseceramic.com