Последњих година, са брзим развојем производње соларне енергије, нових енергетских возила и 5Г комуникације, људи такође све више цене материјал за расипање топлоте са високом топлотном проводљивошћу----легуре алуминијума.
За производњу соларне енергије, ефикасност инвертера је важан фактор за одређивање перформанси соларних фотонапонских система. Фотонапонски инвертер је врста енергетског електронског уређаја који претвара једносмерну струју која се генерише у фотонапонским модулима у наизменичну струју. Његове главне компоненте укључују транзисторе са прекидачима (ИГБТ, МОСФЕТ), компоненте магнетног језгра (индуктор, трансформатор) итд. Ако фотонапонски инвертер поквари због високе температуре, то ће довести до гашења фотонапонског система, што ће резултирати огромним губитком енергије;
За нова енергетска електрична возила, ниво интелигенције и електрификације расте из дана у дан, а расипање топлоте њихове унутрашње електричне опреме директно ће утицати на безбедност целог возила;
За 5Г базне станице, њихова потрошња енергије је 2.5-3.5 пута већа од 4Г. РРУ (Ремоте Радио Унит) је важан уређај у 5Г базним станицама, који обезбеђује стабилне и поуздане канале за размену корисничких информација, обезбеђујући тачну испоруку информација у реалном времену.
У раду, сваки модул ће произвести велику количину топлоте. Ако се не распрши на време, то ће довести до високог пораста температуре у унутрашњем окружењу.
Када се прекорачи номинална температура, електронски уређаји неће радити стабилно, што ће утицати на благовременост преноса корисничких информација и чак скратити радни век.
Поред наведених области, друге компоненте као што су ЛЕД светла велике снаге и модули са оптичким влакнима у комуникацији имају високе захтеве за одвођење топлоте.
Електронске компоненте у овим уређајима имају назначену радну температуру. Ако се топлота не може пренети у спољашњи свет и температура настави да се акумулира, она ће постати све већа.
Да би се одржала радна температура електронских компоненти унутар таквих уређаја унутар назначеног температурног опсега, обезбедила њихова ефикасност и век трајања, неопходно је користити топлотно проводне материјале за пренос унутрашње топлоте уређаја.
Због тога су материјали високе топлотне проводљивости који се користе за производњу хладњака увек били у фокусу истраживања.
Оптицал Модуле
5Г комуникациона базна станица
Мултимедијално кућиште одређеног возила нове енергије
Дефиниција топлотне проводљивости
Топлотна проводљивост је индикатор параметра који карактерише топлотну проводљивост материјала. Означава топлотну проводљивост по јединици времена, по јединици површине и под негативним температурним градијентом, у јединицама В/м · К или В/м · степен.
Коефицијенти топлотне проводљивости уобичајених супстанци су приказани у табели 1:
Табела 1 Коефицијенти топлотне проводљивости различитих супстанци
Метал погодан као материјал за хладњак
Из табеле 1 се може видети да за металне материјале коефицијенти топлотне дисипације злата, сребра, бакра и алуминијума прелазе 200В/(м · К), сви они указују на одличну топлотну проводљивост.
Међутим, злато и сребро се не могу широко користити због своје меке текстуре, велике густине и високе цене;
Коефицијент топлотне проводљивости бакра је такође веома висок, што може бити ометено неповољним условима као што су недовољна тврдоћа, велика густина, незнатно висока цена и велика потешкоћа обраде, и мање се користи у сродним областима ребара хладњака;
Алуминијум, као метал са највећим садржајем у Земљиној кори, фаворизован је због високе топлотне проводљивости, мале густине и ниске цене. Међутим, због ниске тврдоће чистог алуминијума, различити материјали формуле се обично додају у различитим пољима примене за прављење алуминијумских легура, које добијају многе карактеристике које чисти алуминијум не поседује и постају идеалан избор за материјале за обраду хладњака.
Хладњак од алуминијумске легуре
Статус истраживања топлотно проводљивих легура алуминијума углавном је подељен у две категорије: деформисани алуминијум и ливени алуминијум, сваки са различитим карактеристикама.
Деформисане легуре алуминијума: Постојећа истраживања о топлотној проводљивости алуминијумских легура углавном се фокусирају на деформисане легуре алуминијума. Деформисане легуре алуминијума за топлотну проводљивост се углавном користе у областима као што су аутомобили и електроника, као што су радијатори од алуминијумске легуре, грејачи, клима уређаји итд.
У поређењу са традиционалним бакарним или челичним хладњацима, алуминијумски хладњаци имају предности као што су мала тежина, добра отпорност на корозију и ниски оперативни трошкови и широко се користе. Што се тиче рачунарских хладњака, алуминијумски хладњаци су постали маинстреам, замењујући бакарне/челичне хладњаке и пластичне вентилаторе. Недостатак деформисане легуре алуминијума је што је тешко направити делове одговорне за структуру.
Легура алуминијума за ливење: ливење спада у процес очвршћавања и тренутно је најбољи процес за формирање сложених структурних делова. За легуре ливеног алуминијума, како би се обезбедиле перформансе пуњења и механичка својства легуре, обично је потребно додати више елемената легуре. Силицијум у легурама ливеног алуминијума може побољшати флуидност легуре, али како се садржај силицијума повећава, топлотна проводљивост се смањује. Стога, тешкоћа у развоју ливених алуминијумских легура високе топлотне проводљивости лежи у обезбеђивању добре флуидности уз истовремено одржавање високе топлотне проводљивости кроз дизајн легуре и контролу микроструктуре.
Утицај топлотне обраде на топлотну проводљивост
Термичка обрада алуминијумских легура углавном укључује чврсти раствор, старење и жарење, а њихови ефекти на топлотну проводљивост су различити.
Третман чврстим раствором: Након третмана чврстим раствором, топлотна проводљивост и топлотна дифузиона својства легуре алуминијума у којој елементи постоје у стању чврстог раствора су ниже од оних у матрици легуре алуминијума када се таложи фаза елемента. Разлог је тај што након третмана чврстим раствором, структура материјала пролази кроз значајне промене, а неки елементи легуре и фазе ојачања ће се поново растворити у матрици, формирајући презасићене чврсте растворе, узрокујући озбиљно изобличење решетке, повећану чврстоћу и смањену топлотну проводљивост.
Третман старења: Третман старења се може поделити на старење при високим температурама и старење на ниској температури. Током старења при високим температурама, атомска дифузија је лака, а брзина поправке слободних места и дислокацијских дефеката у легури је бржа. Топлотна проводљивост ће достићи највећу вредност за кратко време. Са продужењем времена, топлотна проводљивост ће имати опадајући тренд, углавном због чврстог раствора вишка Си и других елемената у структури легуре и раста преципитираних фаза на високим температурама; Током старења на ниским температурама, због споре атомске дифузије и минималног растварања елемената као што је Си на нижим температурама, време да топлотна проводљивост достигне свој врхунац је знатно дуже него током старења на високим температурама, а побољшање топлотне проводљивости није значајно. подједнако значајно као и током старења при високим температурама.
Третман жарењем: Различите температуре жарења и методе хлађења имају различите ефекте на топлотну проводљивост алуминијумских легура. Како температура жарења расте, топлотна проводљивост се смањује, а степен смањења топлотне проводљивости варира са различитим методама хлађења. То је зато што како температура жарења наставља да расте, више других фаза у легури алуминијума се раствара у алуминијумској матрици, што доводи до повећања чврсте растворљивости елемената легуре, узрокујући озбиљно изобличење решетке и ометајући кретање слободних електрона, што доводи до смањење топлотне проводљивости. Топлотна проводљивост добијена методом спорог хлађења са пећи је већа од оне код методе брзог хлађења, јер што је спорија брзина хлађења, то је повољније за таложење атома чврстог раствора.
Стога, да би се постигла већа топлотна проводљивост, генерално треба изабрати нижу температуру жарења и начин хлађења са хлађењем пећи.
