金属は熱伝導性に優れていることが知られているため、電子デバイスやプリント基板に広く組み込まれています。 金属の中にはあまり性能が良くないものもありますが、熱伝導率が低いものもあります。 熱伝導率が低い材料は、優れた絶縁体であることが知られています。

さらに、熱伝導率が高い金属は熱を素早く伝えます。 一方、熱伝導率の低い金属の中には断熱材として機能し、熱の伝達を防ぐものもあります。

熱伝導率とは何ですか?

熱伝導率は金属の特性の 1 つです。 金属の熱伝導能力を評価する特性です。 金属の熱伝導率は金属の種類によって異なります。 したがって、動作温度が高い用途では、金属タイプの熱伝導率を考慮することが重要です。

純粋な金属では、ほとんどの場合、熱伝導率は常に同じままです。 温度が上がってもあまり変化しません。 ただし、合金などの金属の種類によっては、温度に応じて熱伝導率が増加するものもあります。

また、金属の熱伝導率は基本的な特性です。 熱の伝達を制御することは、プリント基板や電子機器の設計上の重要な考慮事項です。

金属の熱伝導率とは何ですか?

金属の熱伝導率は、熱を伝達または伝導する能力を定義します。 金属は熱伝導率が良いのです。 ただし、温度は金属の熱伝導率に影響を与える可能性があります。 金属内の自由電子の存在は、その熱伝導率に寄与します。 純粋な金属の電気伝導率は、温度が上昇すると低下します。

金属は熱伝導率の高い材料です。 したがって、熱をより速く伝導します。 金属には自由電子があり、これが伝導をもたらし、電子伝導が生じます。 自由電子は金属中を移動できるため、絶縁体と比較して熱エネルギーを素早く伝達できます。 また、最も単純な導電体を持つ金属は、最も優れた熱伝導率を持っています。

金属の熱伝導は、さまざまな形態に応じて 3 つの異なるカテゴリに分類されます。 これらは、金属の伝導電子、気体または液体の分子衝突、固体の格子振動です。 金属の熱伝導にはさまざまな過程があります。 これらには、金属の格子振動と伝導電子、および金属の伝導電子と組み合わされた分子衝突が含まれます。 金属を実際に優れた導体にしているのは、伝導電子の存在です。

伝導電子の自由な流れは、金属の熱伝導能力に貢献します。 金属原子は、非金属原子と化学的に反応しながら、価電子を提供します。 したがって、金属イオンは、一部の用途で使用すると優れたパフォーマンスを発揮します。 金属と金属合金の特殊な金属結合により、優れた導体が得られます。 金属は延性と展性が非常に高いことが知られており、応力にさらされると変形します。

熱伝導率の低い材料は熱の伝達を防ぎます。 これは、エネルギー効率の向上と材料の安定性の向上に役立ちます。 たとえば、スチールは熱伝導率が低いため、ファサードやガラス用途などの開発と設計に理想的な選択肢となります。

さまざまな種類の金属の熱伝導率

 

金属にはさまざまな種類があり、それぞれの金属は異なる熱伝導率を持っています。 金属はさまざまな用途で多くの機能を果たします。 これらはプリント基板の製造に広く使用されています。

アルミニウムの熱伝導率

純粋な形のアルミニウムは、1 ケルビンあたり 1 メートルあたりほぼ 235 ワットの熱伝導率を備えています。 ただし、アルミニウム合金は熱伝導率が低いという特徴があります。 アルミニウムは電子ヒートシンクに適した金属の選択肢です。 これは熱伝導率が良いためです。

ステンレス鋼の熱伝導率

ステンレスは熱伝導率が低い金属です。 したがって、この材料は熱の伝達を防ぎます。 ステンレス鋼の熱伝導率は、1メートルあたり1ケルビンあたり15ワットと言われています。 ステンレス鋼は、腐食環境の構造物に一般的に使用される金属の一種です。

炭素鋼の熱伝導率

炭素鋼も金属の一種です。 この金属はアルミニウムに比べて熱伝導率が低いです。 炭素鋼の熱伝導率は 45 W/mK で測定されます。 炭素鋼は、構造コンポーネントを開発するための費用対効果の高い選択肢です。 この鋼種には、鉄と炭素以外の微量の元素が含まれています。 この鋼種は他の鋼種よりも一般的に使用されます。

青銅の熱伝導率

青銅は、ニッケル、アルミニウム、銅を含む合金です。 抜群の熱伝導率で知られています。 青銅の熱伝導率は 50 ～ 120 W/mK の範囲です。 ただし、これは青銅に含まれる銅の含有量によって異なります。

熱伝導率の低い金属

金属はさまざまな用途で多くの機能を果たします。 これらはプリント基板の製造に広く使用されています。 また、これらの材料は建築材料の選択肢としても優れています。 金属はエレクトロニクス製造において重要な役割を果たしていることで知られています。 金属の熱伝導率はその種類によって異なります。 ここでは、熱伝導率の低い金属について説明します。

鋼

スチールは熱伝導率が最も低いため、高温環境での用途に最適な選択肢です。 熱伝導率が最も低い金属である鋼の熱伝導率は約 45 W/mK です。 これは、それぞれ約 235 W/mK と 398 W/mK であるアルミニウムや銅などの他の金属よりもはるかに低いです。

鋼にはさまざまな種類があります。 鋼の多用途性と熱的特性により、鋼はいくつかの産業を支配する人気のある金属となっています。 熱伝導率が最も低い金属の 1 つであるスチールは、医療機器や厨房機器などの製造に一般的に組み込まれています。 鋼には4種類あります。 ステンレス鋼、銅鋼、合金鋼、工具鋼です。

これらすべての種類の鋼の中で、ステンレス鋼は熱伝導率が 15 W/mK の最も低い熱伝導率の金属です。 したがって、この金属はより多くのエネルギーを吸収し、環境の温度を安定させることができます。 ステンレス鋼は、他の種類の鋼の中で最も熱伝導率が低いです。 この材料の熱伝導率は温度の変化に応じて変化しません。

ブロンズ

青銅は熱伝導率が最も低い金属の 1 つです。 青銅の熱伝導率は 50 ～ 120 W/mK の範囲です。 ただし、これは青銅に含まれる銅の含有量によって異なります。

熱伝導率の低い金属の利点

熱伝導率が低い金属には多くの利点があります。 これらの金属は熱を保持する能力があるため、さまざまな用途に使用されています。 熱伝導率が最も低い金属は、医療機器や厨房機器などの製造に一般的に組み込まれています。

熱伝導率の低い材料は熱の伝達を防ぎます。 これは、エネルギー効率の向上と材料の安定性の向上に役立ちます。 たとえば、スチールは熱伝導率が低いため、ファサードやガラス用途などの開発と設計に理想的な選択肢となります。 また、熱伝導率の低い金属は、オーブンなどの食品加工装置などの熱に接触しても安定性を維持します。

さらに、熱伝導率が最も低い金属は、あらゆる構造の設計に不可欠です。 これらの金属は、いくつかの業界のセキュリティと新しいイノベーションにおいて重要な役割を果たしています。 熱伝導率の低い金属は、熱の伝達が遅いことが知られています。 したがって、これらのタイプの材料は通常、高温にさらされる用途に組み込まれます。

熱伝導率の低い金属は、優れた絶縁体であることが知られています。 高周波および高性能アプリケーションで使用される PCB には、通常、熱伝導率が最も低い金属が必要です。 また、熱伝導率の低い金属は熱性能を向上させます。

高熱伝導性金属が必要な用途

すべてのアプリケーションが低い熱伝導率を必要とするわけではありません。一部のアプリケーションでは、非常に優れた熱伝導率が必要です。 いくつかの例を以下に示します

熱交換器

熱交換器は、冷却または加熱を達成するために熱を伝達します。 銅は熱交換器に使用される主な金属です。 ただし、アルミニウムも代替品です。 銅とアルミニウムは両方ともより速く熱を伝えます。 車のラジエーターは熱交換器の一例です。 ラジエーターは、アルミニウムのコアが積層された金属シートの層で構成されています。

さらに、熱交換器は航空機エンジンに広く組み込まれています。 電源や軍事機器の過剰な熱を除去するのに役立ちます。 温水タンク、空調、冷凍には熱交換器が必要です。

ヒートシンク

ヒートシンクは、機械または電子デバイスによって発生した熱を移動する流体に伝達するように設計されています。 アルミニウム合金などの金属は、ヒートシンクによく使用されます。 コンピューターには、CPU またはグラフィック プロセッサーを冷却するためのヒートシンクが付いています。 また、発光ダイオード (LED) やパワー トランジスタなどの高出力デバイスにはヒートシンクが付いています。

調理器具

熱伝導性に優れた金属を使用した調理器具です。 また、銅は熱伝導率が高く、熱を早く伝えるため調理器具の底に使用されています。

結論

熱伝導率は金属の重要な特性です。 熱伝導率が低い金属もあれば、熱伝導率が高い金属もあります。 この記事では主に熱伝導率の低い金属に焦点を当てました。 また、今回の記事で、熱伝導率が低い金属の代表例として鉄や青銅があることが分かりました。 これらの金属は、熱伝導率が低いため、優れた絶縁体であることが知られています。