Korkean lämmönjohtavuuden materiaalit

Johdanto

Korkean lämmönjohtavuuden omaavilla materiaaleilla on paljon merkitystä nykypäivän suunnittelumaailmassa. Näet niitä kaikkialla-elektroniikassa, autoissa, energiajärjestelmissä ja kaikenlaisissa teollisuuskoneissa. Pohjimmiltaan lämmönjohtavuus kertoo, kuinka hyvin materiaali siirtää lämpöä pisteestä toiseen, yleensä watteina metri-kelviniä kohti (W/m·K).

Jos materiaali siirtää lämpöä nopeasti, se auttaa pitämään asiat viileinä ja toimimaan sujuvasti. Siksi kupari ja alumiini ovat niin suosittuja; he tekevät erinomaista työtä eivätkä riko pankkia. Mutta kun sinun on tehostettava suorituskykyä entisestään, tarjolla on edistyksellisiä vaihtoehtoja, kuten timantti ja grafiitti.

Esimerkiksi timantti puhaltaa useimmat metallit pois vedestä lämmönjohtavuudella 1000-2200 W/m·K. Joten kun tiedät, mitkä materiaalit tekevät mitä, on paljon helpompi valita oikea jäähdytyselementtejä ja muita jäähdytysjärjestelmiä varten.

Alumiiniset jäähdytyslevyt

Korkean lämmönjohtavuuden omaavien materiaalien luokitus
 

Mitä tulee materiaaleihin, jotka siirtävät hyvin lämpöä, sinulla on neljä pääryhmää: metallit, keramiikka, hiili{0}}pohjaiset tavarat ja komposiitit. Metallit sopivat-useimmille teollisuudenaloille, koska ne eivät pelkästään johda lämpöä,-ne ovat myös melko helppoja muotoilla ja työstää. Hopea ja kupari ovat luettelon kärjessä, hopean noin 429 W/m·K ja kuparin lähellä 401. Alumiinikaan ei ole kaukana, 237. Keramiikka, kuten alumiininitridi ja piikarbidi, kestävät kaksinkertaisen toiminnan-ne kestävät hyvin lämpöä ja eristävät sähköä, mikä tekee niistä täydellisen sähköä vastaan.

Nyt hiili{0}}pohjaiset materiaalit ovat tavallaan omaa luokkaansa. Ajattele grafiittia ja timanttia. Grafiitti voi lyödä noin 150 W/m·K, mutta timantti jättää suorituskyvyllään kaiken muun pölyyn. Sitten sinulla on komposiitteja, kuten kupari-timantti tai alumiini-grafiitti. Näistä sekoituksista on tulossa suositumpia, koska niiden avulla insinöörit voivat säätää sekä lämpö- että mekaanisia ominaisuuksia tarpeitaan sopivaksi. Loppujen lopuksi kyse on oikean materiaalin valitsemisesta työhön-tasapainossa asioita, kuten hinta, paino, johtavuus ja kuinka helppoa osan valmistaminen on.

Tärkeimmät ominaisuudet ja suorituskykytekijät
 

Korkean lämmönjohtavuuden materiaalit eivät riipu vain niiden johtavuusluvuista. On olemassa monia tekijöitä, jotka vaikuttavat-lämpödiffuusivuuteen, tiheyteen, ominaislämpöön ja jopa siihen, kuinka paljon materiaali laajenee lämmön vaikutuksesta. Kaikilla on merkitystä tosielämän tilanteissa. Metallit siirtävät lämpöä ympäriinsä pääasiassa vapailla elektronillaan, kun taas ei--metallit, kuten timantit, käyttävät hilassaan värähtelyjä, joita kutsutaan fononeiksi. Tästä syystä timantti voi olla sähköeriste, mutta sillä on silti uskomattoman korkea lämmönjohtavuus.

Toinen asia, joka on pidettävä mielessä: jotkut materiaalit ovat anisotrooppisia. Otetaan esimerkiksi grafiitti,-sen lämmönjohtavuus muuttuu sen mukaan, mihin suuntaan mittaat. Sitten on pinnan viimeistely, puhtaus ja lämpötila; kaikki nämä voivat muuttaa suorituskykyä. Jos lisäät epäpuhtauksia tai vikoja, näet johtavuuden laskun lähes välittömästi.

Insinöörit tarkastelevat myös, kuinka materiaalit toimivat yhdessä. Jos käsittelet järjestelmiä, jotka lämpenevät ja jäähtyvät paljon, lämpölaajenemiserot voivat aiheuttaa mekaanista rasitusta{1}}tai jopa epäonnistua. Joten se on todella tasapainoilua, ei vain numeropeliä.

Kupariset jäähdytyslevyt

Sovellukset nykyaikaisilla aloilla
 

Korkean lämmönjohtavuuden omaavilla materiaaleilla on valtava rooli kaikilla teollisuudenaloilla. Otetaan esimerkiksi elektroniikka,-jäähdytyslevyt, lämpötyynyt ja suorittimen ja grafiikkasuorittimen jäähdytysjärjestelmät ovat kaikki riippuvaisia ​​näistä materiaaleista, jotta asiat toimivat sujuvasti. Kuparia ja alumiinia on täällä kaikkialla. Ne ovat halpoja, niiden kanssa on helppo työskennellä ja ne tekevät työnsä.

Kun tarkastellaan uusiutuvaa energiaa, kuten aurinkoinvertteriä tai akkuvarastoa, lämmön siirtäminen nopeasti pois on avainasemassa. Jos et, suorituskyky heikkenee ja osat kuolevat nopeammin. Autoissa ja lentokoneissa se on erilainen tasapainotus. Haluat materiaalit, jotka johtavat todella hyvin lämpöä, mutta haluat myös niiden olevan kevyitä, joten alumiiniseokset ja hienot komposiitit voittaa.

Sitten sinulla on korkean teknologian-puolen-puolijohteet ja laserjärjestelmät-, joissa vain parhaat käyvät. Siellä timantti ja alumiininitridi tulevat käyttöön. Nämä materiaalit kestävät äärimmäistä lämpöä ilman hikoilua ja pysyvät vakaina, vaikka asiat käyvät kovaksi.

Kun laitteet pienenevät ja kasvavat vuosi vuodelta, tarvitaan aina entistä parempia lämpömateriaaleja. Tämä johtaa hienoihin läpimurtoihin, kuten uusiin komposiitteihin ja nanomateriaaliin, jotka käsittelevät lämpöä paremmin kuin koskaan ennen.

Tulevaisuuden trendit ja materiaaliinnovaatiot
 

Korkean lämmönjohtavuuden omaavien materiaalien seuraavan sukupolven kehittyneet komposiitit ja nanoteknologian läpimurrot muovaavat. Tiedemiehet nollaavat materiaaleja, kuten grafeenia, hiilinanoputkia ja booriarsenidia-nämä kaikki ylittävät lämmön siirtämisen rajoja, erityisesti nanomittakaavassa. Otetaan esimerkiksi hiilinanoputket. Laboratorio-asetuksissa ne ovat näyttäneet-kaavioiden{-lämmönjohtavuuden, joskus yli 6000 W/m·K.

Mutta kyse ei ole vain yksittäisistä materiaaleista. Ihmiset sekoittavat metalleja keramiikkaan tai kutovat hiili-pohjaisia ​​rakenteita luodakseen hybridejä, jotka tasapainottavat lujuutta ja lämmönhallintaa. Uudet valmistustekniikat, kuten lisäainevalmistus, antavat insinöörien suunnitella jäähdytyselementtejä muotoihin, jotka eivät olleet mahdollisia aiemmin, mikä lisää tehokkuutta.

Elektroniikka pienenee ja tehostuu jatkuvasti, joten kilpa älykkäämmästä lämmönhallinnasta ei hidastu. Nämä parannukset eivät ole vain mielenkiintoisia paperilla,-ne muuttavat pelin sähköautojen, erittäin-tehokkaiden palvelinkeskusten ja tehokkaan-tietokoneiden parissa. Jos haluat tietää, mihin tulevaisuus on menossa, se on luultavasti viileämpi kuin koskaan.

Yhteenvetotaulukko

PowerWinxon ammattimainen valmistaja, joka on erikoistunut edistyneisiin lämmönhallintaratkaisuihin, mukaan lukien alumiini- ja kuparijäähdytyslevyt, jäähdytyslevyt ja nestemäiset kylmälevyt. PowerWinxillä on vahva painevalu-, CNC-työstö- ja juotosteknologioiden asiantuntemus, ja se tarjoaa korkean-suorituskyvyn, kustannustehokkaita-jäähdytysratkaisuja, jotka on räätälöity sellaisille aloille kuin elektroniikka, uusiutuva energia ja autoteollisuus.

ISO 9001 / IATF 16949