في عقلنا السليم، المواد العازلة والمواد الموصلة الحرارية تبدو كشيءين مختلفين تماماً.على سبيل المثال، القطن عازل ويمكن تصنيعه إلى سترات القطن.الحديد يقود الحرارة ويمكن استخدامه كمقلاة.العكس غير ممكنومع ذلك، في الواقع، نرى في كثير من الأحيان ظاهرة أخرى، وهي أن نفس المادة يمكن استخدامها في سيناريوهات متضاربة على ما يبدو من العزل والقيادة الحرارية.على سبيل المثال ، يمكن تصنيع السيراميك الألومينا إلى طوب عازل واستخدامها في أفران درجة حرارة عالية ؛ويمكن أيضًا تحويله إلى مخزن حرارة واستخدامه في المنتجات الإلكترونية مثل مصابيح LED.

من الناحية النظرية ، كمادة عازلة ، مطلوبة توصيل حراري منخفض.كمواد تبديد الحرارة ، مطلوبة توصيل حراري مرتفع.هل يمكن أن تتغير الموصلات الحرارية لنفس المادة في أي وقت؟

للإجابة على هذا السؤال، نحتاج إلى النظر إليه من منظورين.

الجانب الأول، مثل السؤال المثير أعلاه، هو أن الموصلات الحرارية للمواد يمكن أن تختلف.المثال الأكثر نموذجية هو أن الموصلات الحرارية تختلف عند درجات حرارة مختلفة.أخذ الألومينا كمثال، مع زيادة درجة الحرارة، فإن الموصلات الحرارية ستقل باستمرار.التوصيل الحراري عند 1200 درجة مئوية هو فقط حوالي نصف ذلك عند 400 درجة مئوية.ومع ذلك ، فإن الموصلات الحرارية لأكسيد الألومنيوم ليست صغيرة. في درجة حرارة الغرفة ، هي 20-30W / m • K ، ولكنها انخفضت بأكثر من النصف ، ولا تزال هناك حوالي 10W / m • K ،والتي هي أعلى من الموصلات الحرارية للعديد من المواد.

ولذلك، نحن بحاجة إلى النظر في الجانب الثاني والرئيسي: الألومينا يمكن أن يعزل ويقود الحرارة بسبب التغييرات الهيكلية.وهذا يعني أنه عندما يتم استخدام السيراميك الألومنيوم كمواد عازلة ومواد موصلة حرارية على التوالي ، فإن بنيتها الداخلية مختلفة.

عندما تستخدم السيراميك الألومينا كمواد عازلة حرارية ، فإن أكبر ميزة هيكلية لها هي التسرب والكثافة المنخفضة. على سبيل المثال ، صنع طوب الكرة المجوفة من الألومينا.جميعنا يعلم أن سلكية الهواء الحرارية منخفضة جدا، لذا فإن الموصلات الحرارية من الطوب الكهربائي الألومينا مجوف أيضا منخفضة جدا. قد يسأل شخص ما، بما أن الموصلات الحرارية للهواء منخفضة جدا، لماذا لا تستخدم العزل الهوائي بدلا من ذلك؟لماذا تتضايقين لإدراج الهواء في مواد الألوميناهذا لأنّه على الرغم من أنّ مُوصلية الهواء الحرارية منخفضة جداً، فإنها لا تستطيع منع الإشعاع الحراري، تماماً كما أنّ مُوصلية الهواء الحراري في الفراغ صفر،حرارة الشمس لا تزال تنتقل إلى الأرض من خلال الفراغالألومينا المسامة لا تحجب فقط توصيل الحرارة ولكن أيضا الإشعاع الحراري، لذلك يمكن أن تلعب دورا فعالا في العزل والحفاظ على الحرارة.هناك تقارير بحثية أن نوعا من السيراميك الميكروبورية من الألومينا له كثافة 0 فقط.6g/cm3 ، مسامية 85% ، وموصلية حرارية حوالي 0.3W/m • K فقط عند 1200 °C.
ولكن عندما يتم صنع الألومينا في السيراميك الموصل الحراري، المتطلبات مختلفة تماما. المطلب الأول هو أن يكون كثافة عالية، أعلى أفضل.الكثافة العالية تؤدي إلى عدد أقل من المسام، والحبوب السيراميكية مرتبطة بشكل وثيق ، مما يسهل توصيل الحرارة. الشرط الثاني هو النقاء العالي ، كلما زادت النقاء ، زادت التوصيل الحراري. على سبيل المثال ،السيراميك الذي يحتوي على 99٪ من الألومينا لديه موصلة حرارية تصل إلى 26W / m • K، بينما عندما ينخفض محتوى الألومينا إلى 95٪ ، فإن التوصيل الحراري يبلغ فقط ~ 20W / m • K. هذا لأن السيراميك ذات محتوى الألومينا المنخفض ، فإن تكوين الزجاج مرتفع نسبياً ،والقيادة الحرارية للزجاج منخفضة نسبياً، مما يؤدي إلى انخفاض الموصلية الحرارية العامة للسيراميك. بالطبع، في التطبيقات العملية، يجب أن تؤخذ في الاعتبار التكلفة أيضا.على الرغم من أن السيراميكات الألومينا عالية النقاء لديها توصيل حراري عال، أسعارها مرتفعة أيضاً. لذلك، لا ينبغي أن تسعى السيراميك الألومينا بناءً على متطلبات المنتج بشكل أعمى لتحقيق نقاء عال.

بالإضافة إلى النقاء العالي والبنية الكثيفة ، عندما يتم استخدام السيراميك أكسيد الألومنيوم كمغسلات حرارة ، غالباً ما يكون لديهم متطلبات محددة لشكلهم الخارجي. على سبيل المثال ،عند تصنيع المسامح الحرارية LED، غالباً ما يكون لديهم بنية ذات أجنحة لزيادة مساحة السطح ، وتسهيل تبديد الحرارة إلى الهواء ، وبالتالي تحقيق تأثيرات تبديد حرارة أفضل.