Aukšto šilumos laidumo medžiagos

Įvadas

Didelio šilumos laidumo medžiagos yra labai svarbios šiuolaikiniame inžinerijos pasaulyje. Juos matote visur-elektronikoje, automobiliuose, energijos sistemose ir įvairiose pramoninėse mašinose. Iš esmės šilumos laidumas yra tai, kaip gerai medžiaga perkelia šilumą iš vienos vietos į kitą, paprastai matuojamas vatais vienam metrui -kelvinas (W/m·K).

Jei medžiaga greitai perduoda šilumą, ji padeda išlaikyti vėsą ir sklandžiai veikti. Štai kodėl varis ir aliuminis yra tokie populiarūs; jie atlieka puikų darbą ir nesugriauna pinigų. Tačiau kai reikia dar labiau padidinti našumą, yra pažangių parinkčių, tokių kaip deimantas ir grafitas.

Pavyzdžiui, deimantas išpučia iš vandens daugumą metalų, kurių šilumos laidumas yra nuo 1000 iki 2200 W/m·K. Taigi, žinant, kokios medžiagos ką daro, daug lengviau išsirinkti tinkamą šilumos kriauklėms ir kitoms aušinimo sistemoms.

Aliuminio radiatoriai

Didelio šilumos laidumo medžiagų klasifikacija
 

Kalbant apie medžiagas, kurios gerai perneša šilumą, yra keturios pagrindinės grupės: metalai, keramika, anglies{0}} medžiagos ir kompozitai. Metalai yra tinkami-dauguma pramonės šakų, nes jie ne tik puikiai praleidžia šilumą,{3}}taip pat gana lengva formuoti ir su jais dirbti. Sidabras ir varis yra sąrašo viršuje, o sidabro – apie 429 W/m·K, o vario – 401. Aliuminis taip pat nėra toli – 237. Keramika, pvz., aliuminio nitridas ir silicio karbidas, turi dvigubą trauką-jie gerai atlaiko šilumą ir izoliuoja nuo elektros, todėl puikiai tinka elektronikai.

Dabar anglies{0}}medžiagos yra savotiška klasė. Pagalvokite apie grafitą ir deimantą. Grafitas gali pasiekti apie 150 W/m·K, bet deimantas savo našumu palieka visa kita dulkėse. Tada jūs turite kompozitų, pvz., vario-deimanto ar aliuminio-grafito. Šie mišiniai tampa vis populiaresni, nes jie leidžia inžinieriams patobulinti šilumines ir mechanines savybes, kad atitiktų tai, ko jiems reikia. Galų gale viskas priklauso nuo darbui tinkamos medžiagos pasirinkimo,{9}}subalansuojant tokius dalykus kaip kaina, svoris, laidumas ir tai, kaip lengva iš tikrųjų pagaminti detalę.

Pagrindinės savybės ir našumo veiksniai
 

Didelio šilumos laidumo medžiagos priklauso ne tik nuo jų laidumo skaičiaus. Veiksniai priklauso nuo -šilumos difuzijos, tankio, savitosios šilumos ir net tai, kiek medžiaga plečiasi su šiluma – visa tai svarbu realiose situacijose. Metalai šilumą judina daugiausia laisvaisiais elektronais, o nemetalai, tokie kaip deimantas, naudoja vibraciją savo grotelėje, vadinamą fononais. Štai kodėl deimantas gali būti elektros izoliatorius, tačiau vis tiek turi neįtikėtinai aukštą šilumos laidumą.

Kitas dalykas, kurį reikia nepamiršti: kai kurios medžiagos yra anizotropinės. Paimkite, pavyzdžiui, grafitą,-jo šilumos laidumas kinta priklausomai nuo to, kuria kryptimi matuojate. Tada yra paviršiaus apdaila, grynumas ir temperatūra; visa tai gali pakeisti našumą. Jei įdėsite priemaišų ar defektų, laidumas sumažės beveik iš karto.

Inžinieriai taip pat žiūri, kaip medžiagos veikia kartu. Jei susiduriate su sistemomis, kurios labai įkaista ir vėsta, dėl šiluminio plėtimosi skirtumai gali atsirasti mechaninis įtempis{1}}ar net sugesti. Taigi, tai tikrai balansavimo veiksmas, o ne tik žaidimas su skaičiais.

Variniai aušintuvai

Taikymas šiuolaikinėse pramonės šakose
 

Aukšto šilumos laidumo medžiagos vaidina didžiulį vaidmenį visose pramonės šakose. Pavyzdžiui, elektronika,-šilumokaičiai, šiluminės trinkelės ir CPU bei GPU aušinimo sistemos priklauso nuo šių medžiagų, kad viskas veiktų sklandžiai. Varis ir aliuminis čia yra visur. Jie pigūs, su jais lengva dirbti ir jie atlieka darbą.

Kai žiūrite į atsinaujinančią energiją, pvz., saulės inverterius ar akumuliatorių saugyklą, labai svarbu greitai pašalinti šilumą. Jei to nepadarysite, našumas sumažės ir dalys greičiau išnyks. Automobiliuose ir lėktuvuose tai yra kitoks pusiausvyros aktas. Norisi medžiagų, kurios tikrai gerai praleidžia šilumą, bet taip pat norisi, kad jos būtų lengvos, todėl laimi aliuminio lydiniai ir puošnūs kompozitai.

Tada jūs turite aukštųjų-technologijų-puslaidininkius ir lazerines sistemas-, kur tiks tik geriausi. Čia atsiranda deimantas ir aliuminio nitridas. Šios medžiagos puikiai atlaiko karštį, neprakaituodami ir išlieka stabilios net esant intensyviam darbui.

Kiekvienais metais įrenginiams mažėjant ir galingesniems, visada reikia ieškoti dar geresnių šiluminių medžiagų. Tai skatina keletą puikių laimėjimų, pavyzdžiui, naujų kompozitų ir nanomedžiagų, kurios šilumą atlaiko kaip niekas anksčiau.

Ateities tendencijos ir materialinės naujovės
 

Naujos kartos didelio šilumos laidumo medžiagas formuoja pažangūs kompozitai ir nanotechnologijų proveržiai. Mokslininkai renkasi tokias medžiagas kaip grafenas, anglies nanovamzdeliai ir boro arsenidas{1}}visos šios medžiagos padidina šilumos judėjimo ribas, ypač nanoskalėje. Paimkite, pavyzdžiui, anglies nanovamzdelius. Laboratorijos nustatymuose jie rodo-šilumos laidumo diagramas-, kartais daugiau nei 6000 W/m·K.

Bet tai ne tik apie atskiras medžiagas. Žmonės maišo metalus su keramika arba audžia anglies{1}} struktūras, kad sukurtų hibridus, kurie subalansuoja stiprumą ir šilumos valdymą. Nauji gamybos būdai, pvz., priedų gamyba, leidžia inžinieriams suprojektuoti tokių formų aušintuvus, kokios anksčiau nebuvo įmanomos, taip sumažinant dar didesnį efektyvumą.

Elektronika vis mažėja ir tampa galingesnė, todėl lenktynės dėl pažangesnio šilumos valdymo nesulėtėja. Šie patobulinimai yra ne tik įdomūs popieriuje,-jie keičia žaidimą elektra varomoms transporto priemonėms, ypač-veiksmingiems duomenų centrams ir didelio-našumo kompiuteriams. Jei norite sužinoti, kur veda ateitis, tikriausiai viskas bus šauniau nei bet kada.

Suvestinė lentelė

PowerWinxyra profesionalus gamintojas, kurio specializacija yra pažangūs šiluminio valdymo sprendimai, įskaitant aliuminio ir vario šilumos kriaukles, nuslydusias šilumos kriaukles ir skystas šaldymo plokštes. Turėdamas didelę patirtį liejimo, CNC apdirbimo ir litavimo litavimo technologijose, „PowerWinx“ siūlo didelio{1}}našumo, ekonomiškai{2}}efektyvius aušinimo sprendimus, pritaikytus tokioms pramonės šakoms kaip elektronika, atsinaujinanti energija ir automobilių pramonė.

ISO 9001 / IATF 16949