Verschillen in thermische en elektrische geleidbaarheid tussen puur titanium, koper en roestvrij staal
1. Thermische geleidbaarheid
Koper: Het is een maatstaf voor hoge thermische geleidbaarheid onder gewone metalen. De thermische geleidbaarheid van zuiver koper bij kamertemperatuur bedraagt ongeveer 401 W/(m·K). Dankzij dit uitstekende thermische overdrachtsvermogen wordt het veel gebruikt in warmtewisselaars, radiatorbuizen en koellichamen voor elektronische apparaten, omdat het snel warmte kan afvoeren of overdragen.
Roestvrij staal: De thermische geleidbaarheid is veel lager dan die van koper. Als we roestvrij staal 304 (de meest gebruikte kwaliteit) als voorbeeld nemen, bedraagt de thermische geleidbaarheid bij kamertemperatuur slechts ongeveer 16,2 W/(m·K), ongeveer 4% van de thermische geleidbaarheid van puur koper. De lage thermische geleidbaarheid is te wijten aan de legeringselementen (zoals chroom en nikkel) in roestvrij staal, die de reguliere rangschikking van atomen verstoren en de warmteoverdracht via roostertrillingen en vrije elektronen belemmeren. Deze eigenschap maakt roestvrij staal geschikt voor toepassingen die thermische isolatie of langzame warmteoverdracht vereisen, zoals handgrepen voor keukengerei en structurele componenten met hoge temperaturen in bepaalde industriële apparatuur.
Puur titanium: De thermische geleidbaarheid ligt tussen koper en roestvrij staal in, maar is nog steeds veel lager dan die van koper. Bij kamertemperatuur bedraagt de thermische geleidbaarheid van zuiver titanium ongeveer 21,9 W/(m·K), ongeveer 5,5% van die van zuiver koper en iets hoger dan die van 304 roestvrij staal. De relatief lage thermische geleidbaarheid van titanium houdt verband met de hexagonale, dicht opeengepakte (HCP) kristalstructuur, die de beweging van warmtedragers beperkt. Dankzij deze eigenschap kan puur titanium worden toegepast in scenario's waarin gematigde thermische isolatie en structurele stabiliteit nodig zijn, zoals motoronderdelen in de lucht- en ruimtevaart en warmtewisselingsapparatuur in de chemische industrie.
2. Elektrische geleidbaarheid
Koper: Zuiver koper heeft een extreem hoge elektrische geleidbaarheid, met een elektrische geleidbaarheid van ongeveer 58 MS/m (megasiemens per meter) bij kamertemperatuur, na zilver onder de metalen. De vrije elektronendichtheid is hoog en de elektronenmobiliteit is sterk, dus het is de eerste keuze voor de productie van draden, kabels en elektrische contactcomponenten, waardoor een laag energieverlies tijdens de stroomoverdracht wordt gegarandeerd.
Roestvrij staal: De elektrische geleidbaarheid is zeer slecht. De elektrische geleidbaarheid van roestvrij staal 304 bedraagt slechts ongeveer 0,9 MS/m bij kamertemperatuur, minder dan 2% van die van zuiver koper. De toevoeging van chroom, nikkel en andere legeringselementen introduceert een groot aantal roosterdefecten en elektronenverstrooiingscentra in het materiaal, wat de stroom van vrije elektronen aanzienlijk belemmert. Deze lage elektrische geleidbaarheid maakt roestvrij staal in sommige gevallen een ideaal materiaal voor elektrische afscherming en anti-statische structurele onderdelen.
Puur titanium: De elektrische geleidbaarheid is ook veel lager dan die van koper, met een elektrische geleidbaarheid bij kamertemperatuur-van ongeveer 2,3 MS/m, ongeveer 4% van die van puur koper en hoger dan die van 304 roestvrij staal. De beperkte elektrische geleidbaarheid van titanium wordt veroorzaakt door het verstrooiende effect van de kristalstructuur op elektronen. In de techniek wordt puur titanium zelden gebruikt voor geleidende componenten; in plaats daarvan wordt het gewaardeerd vanwege zijn corrosieweerstand en hoge sterkte-tot-gewichtsverhouding in niet-geleidende structurele toepassingen.
