Die Wärmeleitfähigkeit, auch Wärmeleitzahl (λ, l, k oder κ) eines Festkörpers ist sein Vermögen, thermische Energie mittels Wärmeleitung zu transportieren. Die (spezifische) Wärmeleitfähigkeit in W/(K•m) ist eine temperaturabhängige Materialkonstante.

Nach dem Wiedemann-Franzschen Gesetz gilt als Faustregel: Was elektrischen Strom gut leitet (Silber, Kupfer), leitet auch Wärme gut. Die elektr. Leitfähigkeit von Wärmeleit-Systemen, wie Kleber, Coatings, Folien und Pasten ist jedoch bei vielen Anwendungen, spez. in der Elektronik absolut unerwünscht. Alternativ zum Silber werden Wärmeleitsysteme mit Silberoxid gefüllt, die jedoch weiterhin noch eine geringe elektr. Leitfähigkeit aufweisen.

Bei Wärmeleitsystemen, die keine elktr. Leitfähigkeit aufweisen und als elektr. Isolatoren wirken, wird i.d.R. die therm. Leitfähigkeit durch Compoundierung mit therm. leitfähigen Keramiken, z.B. Aluminiumoxid oder Bornitrid erhöht. Dabei sind sowohl der Füllgrad als auch die Leitfähigkeit und Mikrostruktur des verwendeten Keramiktyps Einflussparameter. Der aus
der Wärmeitfähigkeit abzuleitende therm. Innenwiderstand ist im wesentl. von den Faktoren Materialdicke, therm. Leitwert und Kontaktfläche abhängig.
Zusätzlich zum inneren therm. Widerstand des Materials sind die Temperaturgradienten an den Kontaktflächen entscheidend. Kontaktwiderstände werden durch unvollständige Anpassung und die als therm. Isolator wirkenden Lufteinschlüsse an den Grenzschichten verursacht. Die Kontaktwiderstände sind von den Faktoren Oberflächenstruktur, Oberflächenwellig- und rauhigkeiten, Druck, Zeit und Materialausdehnungen abhängig.

Der Diamant (λ = 2300 W / (m x K)) hat neben der neuen Stoffklasse der Carbon-Nanotubes (λ = 6000 W / (m x K)) eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit als Silber mit λ = 429 oder Kupfer mit λ = 393, ist jedoch ein absoluter elektr. Nichtleiter und so scheint es, als Filler für Wärmeleitsysteme prädestiniert zu sein.

In ersten Formulierungsansätzen mit synthetischen Diamanten wurden für nicht metallisch gefüllte Kleber recht hohe Werte erzielt. Unter der Berücksichtigung, dass es sich bei den Compoundierungen bzw. Formulierungen um erste Ansätze
handelt, demzufolge noch großes Potential zu erwarten ist, und synthetische Diamanten im Einkauf um ca. die Hälfte günstiger sind als z.B. kubisch Bornitrid, sind mit Diamant gefüllte Wärmeleitsystemen wirtschaftliche Produktentwicklungen zu erwarten.

Die erforderliche Voraussetzung dafür ist: Die Formulierung speziell strukturierter und kombinierter Werkstoffverbunde sowie ihre gezielte Einbringung in das jeweilige Gesamtsystem der Trägermatrix.

Hier liegt die Kernkompetenz der TCM Technologie Consulting.

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