セラミック断熱材は気相と固相からなる二相媒体です。熱伝達の形態は主に伝導、対流、放射である。良好な絶縁材料は、断熱性能と環境条件の両方を満たすことができます。
熱伝導
断熱材の熱伝導には固相熱伝導と気相熱伝導がある。固体粒子は固体相熱伝導を生じます;気孔内の分子の熱運動によって気相熱伝導が生じる。大気圧下では、気相熱伝導が断熱性能に与える影響は固体相熱伝導より大きく、真空下ではその差がより顕著になります。
熱対流
熱は媒体の流れによって伝達される。強制対流と自由対流に分けることができる。外因による対流を強制対流という。媒質の温度変化による密度の違いによって生じる対流を自由対流といいます。
熱放射
物体からの放射線は部分的に別の物体に吸収され、残りは反射または貫通することができる。放射熱伝達は温度が上昇すると強化される。同時に、孔と空隙の増加は、放射熱伝達を増加させる。
材料の熱伝導率は多くの要因に影響されます。熱伝導キャリアには、分子、フォノン、光子、電子の4種類があります。断熱材は無機物の非金属材料であるため、電子的な熱伝導は無視できます。マイクロ熱伝導には、主に分子熱伝導、フォノン熱伝導、光子熱伝導が含まれます。
分子熱伝導
気体の熱伝導は分子や原子によって実現されます。熱伝導は、不規則な熱運動によって引き起こされる気体分子間の衝突の結果です。温度が高いほど高分子の運動エネルギーが高くなり、分子同士が衝突して高温から低温へと熱を伝達します。
Phonon熱伝導
固体中の原子は限られた自由度を持ち、固定された位置でしか振動できない。振幅は各原子のエネルギーに依存する。温度差があると振動強度が異なるため、相互作用が起きてエネルギーが伝わります。この機構は熱の伝導を必要とする。フォノンの熱伝導に影響する主な要因は、フォノンの平均自由経路である。
光子熱伝導
固体中の粒子の振動や回転は高周波の電磁波を放射します。温度差があると、この電磁波の作用によって熱エネルギーの一部が高温から低温に伝達され、このメカニズムを光子熱伝導といいます。光子の熱伝導の影響は主に光子の平均自由経路に依存する。
