合金选择对热物性的影响

常用的低熔点液态金属一般可以分为两大类：①镓及镓基合金；②铋基合金。镓的熔点为29.78℃，其合金（典型的镓铟合金、镓铟锡合金以及镓铟锡锌合金等）的熔点大多低于这一温度。镓及镓基合金在较低温度场合（如环境温度低于20℃时）比较适用。当环境温度略低于其熔点时，虽然金属相变材料可以熔化吸收热量，但此后热量从相变材料排出到环境中的过程会由于温差较小而比较缓慢，甚至会由于过冷度的存在而无法及时凝固，导致无法循环工作。

铋基合金（典型的铋锡合金、铋铟锡合金、铋铟锡铅合金等）的熔点温度一般比镓基合金要高一些，比如，Bi44.7Pb22.6In19.1Sn8.3Cd5.3的熔点为47℃，Bi49In21Pb18Sn12的熔点为58.2℃。考虑到这两种合金中含有有毒重金属元素镉和铅，其实际应用可能会有所限制。这里，选择铋铟锡合金作为相变热控材料。对于合金而言，其共晶点合金的熔点是最低的，铋铟锡共晶合金的配比为Bi31.6In48.8Sn19.6（EBiInSn），其熔点约为60℃，适合作为常规电子器件的相变温控材料。在其他配比下，铋铟锡合金的熔点会更高，可能难以起到对器件的热保护作用。

表6-8给出了相变材料EBiInSn、十八醇和结构材料的主要热物性参数。可以看出，相变材料EBiInSn和十八醇之间存在非常明显的差别。密度方面，前者高达8 043 Kg／m3，是后者的9倍。熔化潜热方面，EBiInSn的质量潜热为27.9 KJ／kg，远小于十八醇的239.7 KJ／kg。但从体积潜热值来看，EBiInSn的为224.6 mJ／m3，略高于十八醇的214.3 mJ／m3。比热方面，EBiInSn的比热明显偏低，固液相比热分别为0.270 KJ／（kg·K）和0.297 KJ／（kg·K），而十八醇的分别为2.053 KJ／（kg·K）和2.732 KJ／（kg·K）。热导率方面，EBiInSn的优势则十分明显，其固液相的热导率分别为19.2 W／（m·K）（25℃）和14.5 W／（m·K）（80℃）；而十八醇的则分别为0.273 W／（m·K）和0.175 W／（m·K），比EBiInSn低两个数量级。(www.xing528.com)

表6-8　相变材料和结构材料主要热物性［11］

（a）：at 25℃；（b）：at 80℃。