Kõrge soojusjuhtivusega materjalid

Sissejuhatus

Suure soojusjuhtivusega materjalid on tänapäeva insenerimaailmas väga olulised. Näete neid kõikjal-elektroonikas, autodes, energiasüsteemides ja kõikvõimalikes tööstuslikes masinates. Põhimõtteliselt on soojusjuhtivus see, kui hästi materjal soojust ühest kohast teise liigutab, mõõdetuna tavaliselt vattides -kelvini meetri kohta (W/m·K).

Kui materjal kannab soojust kiiresti üle, aitab see hoida asju jahedana ja sujuvalt töötada. Sellepärast on vask ja alumiinium nii populaarsed; nad teevad suurepärast tööd ja ei riku panka. Kuid kui teil on vaja jõudlust veelgi suurendada, on saadaval täiustatud valikud, nagu teemant ja grafiit.

Näiteks teemant puhub enamiku metalle veest välja soojusjuhtivusega 1000–2200 W/m·K. Seega, teades, millised materjalid mida teevad, on jahutusradiaatorite ja muude jahutussüsteemide jaoks õige valimine palju lihtsam.

Alumiiniumist jahutusradiaatorid

Kõrge soojusjuhtivusega materjalide klassifikatsioon
 

Kui rääkida materjalidest, mis soojust hästi liigutavad, on teil neli peamist rühma: metallid, keraamika, süsinik{0}}põhised asjad ja komposiidid. Metallid on enamiku tööstuste valik-, kuna need ei ole ainult suurepärased soojusjuhtimises,{3}}neid on ka üsna lihtne vormida ja nendega töötada. Hõbe ja vask on nimekirja tipus, hõbeda võimsus on umbes 429 W/m·K ja vask 401 lähedal. Ka alumiinium ei ole kaugel, 237. Keraamika, nagu alumiiniumnitriid ja ränikarbiid, on kahekordse tõmbejõuga-taluvad hästi kuumust ja isoleerivad elektrit, mistõttu on need ideaalsed elektroonika jaoks.

Nüüd on süsinik{0}}põhised materjalid omaette klass. Mõelge grafiidile ja teemandile. Grafiit suudab lüüa umbes 150 W/m·K, kuid teemant jätab oma jõudlusega kõik muu tolmu alla. Siis on teil komposiitmaterjalid, nagu vask-teemant või alumiinium-grafiit. Need segud muutuvad üha populaarsemaks, kuna need võimaldavad inseneridel kohandada nii termilisi kui ka mehaanilisi omadusi, et need sobiksid nende vajadustega. Lõppkokkuvõttes seisneb töö jaoks õige materjali valimine,{9}}kaasa arvatud kulu, kaal, juhtivus ja see, kui lihtne on detaili tegelikult valmistada.

Peamised omadused ja jõudlustegurid
 

Suure soojusjuhtivusega materjalid ei sõltu ainult nende juhtivuse arvust. Mängus on terve hulk tegureid-termiline difusioon, tihedus, erisoojus ja isegi see, kui palju materjal soojuse toimel paisub – kõik on reaalses elus{2}}olulised. Metallid liigutavad soojust ümber peamiselt oma vabade elektronidega, samal ajal kui mitte-metallid, nagu teemant, kasutavad oma võres vibratsiooni, mida nimetatakse fonoonideks. Seetõttu võib teemant olla elektriisolaator, kuid sellel on siiski uskumatult kõrge soojusjuhtivus.

Veel üks asi, mida meeles pidada: mõned materjalid on anisotroopsed. Võtke näiteks grafiit,-selle soojusjuhtivus muutub sõltuvalt mõõtmise suunast. Siis on pinnaviimistlus, puhtus ja temperatuur; kõik need võivad jõudlust muuta. Kui lisate lisandeid või defekte, näete peaaegu kohe juhtivuse langust.

Insenerid vaatavad ka, kuidas materjalid koos mängivad. Kui tegemist on süsteemidega, mis soojenevad ja jahtuvad palju, võivad soojuspaisumise erinevused põhjustada mehaanilist pinget{1}}või isegi ebaõnnestuda. Niisiis, see on tõesti tasakaalustav tegevus, mitte ainult numbrimäng.

Vasest jahutusradiaatorid

Rakendused kaasaegsetes tööstusharudes
 

Kõrge soojusjuhtivusega materjalid mängivad tohutut rolli igasugustes tööstusharudes. Võtke näiteks elektroonika,-jahutusradiaatorid, termopadjad ning protsessorite ja GPU-de jahutussüsteemid sõltuvad kõik nendest materjalidest, et asjad töötaksid sujuvalt. Vask ja alumiinium on siin kõikjal. Need on odavad, nendega on lihtne töötada ja nad saavad töö tehtud.

Kui vaatate taastuvenergiat, nagu päikeseinverterid või akusalvestus, on soojuse kiire eemaldamine võtmetähtsusega. Kui te seda ei tee, langeb jõudlus ja osad surevad kiiremini. Autode ja lennukite puhul on see teistsugune tasakaalustamine. Soovite materjale, mis juhivad väga hästi soojust, kuid soovite ka, et need oleksid kerged, nii et alumiiniumsulamid ja uhked komposiidid võidavad.

Siis on teil kõrgtehnoloogilised-pooljuhid-pooljuhid ja lasersüsteemid-, kus saavad hakkama ainult parimad. Siin tulevad appi teemant ja alumiiniumnitriid. Need materjalid taluvad äärmist kuumust ilma higistamata ja püsivad stabiilsena isegi siis, kui olukord muutub intensiivseks.

Kuna seadmed muutuvad iga aastaga väiksemaks ja võimsamaks, on alati tõuge veelgi paremate termomaterjalide poole. See toob kaasa lahedaid läbimurdeid, nagu uued komposiidid ja nanomaterjalid, mis taluvad soojust nagu midagi varem.

Tulevikutrendid ja materjaliuuendused
 

Järgmise põlvkonna kõrge soojusjuhtivusega materjale kujundavad arenenud komposiidid ja läbimurded nanotehnoloogias. Teadlased tegelevad selliste materjalidega nagu grafeen, süsinik-nanotorud ja boorarseniid{1}}need kõik lükkavad soojuse ümberpaigutamise piire, eriti nanoskaalas. Võtame näiteks süsiniknanotorud. Laboriseadetes on nad näidanud-tabeleid -soojusjuhtivus, mõnikord üle 6000 W/m·K.

Kuid see ei puuduta ainult üksikuid materjale. Inimesed segavad metalle keraamikaga või koovad süsinik{1}}põhiseid struktuure, et luua hübriide, mis tasakaalustavad tugevust ja soojusjuhtimist. Uued tootmistehnikad, nagu lisandite tootmine, võimaldavad inseneridel kujundada jahutusradiaatoreid sellise kujuga, mis varem polnud võimalik, vähendades seeläbi veelgi suuremat tõhusust.

Elektroonika muutub järjest väiksemaks ja võimsamaks, nii et võistlus nutikama soojusjuhtimise nimel ei aeglustu. Need täiustused ei ole ainult paberil huvitavad,-need muudavad mängu elektrisõidukitele, ülitõhusatele-andmekeskustele ja suure jõudlusega-andmetöötlusele. Kui soovite teada, kuhu tulevik viib, on see tõenäoliselt lahedam kui kunagi varem.

Kokkuvõttev tabel

PowerWinxon professionaalne tootja, kes on spetsialiseerunud täiustatud soojusjuhtimislahendustele, sealhulgas alumiiniumist ja vasest jahutusradiaatorid, ribidega jahutusradiaatorid ja vedelad külmplaadid. Tugevate kogemustega survevalu, CNC-töötlemise ja kõvajoodisega jootmise tehnoloogiate vallas pakub PowerWinx suure -jõudlusega, kulutõhusaid jahutuslahendusi{2}}, mis on kohandatud sellistele tööstusharudele nagu elektroonika, taastuvenergia ja autotööstuse rakendused.

ISO 9001 / IATF 16949