De siste årene, med den raske utviklingen av solenergiproduksjon, nye energikjøretøyer og 5G-kommunikasjon, har det foretrukne varmeavledningsmaterialet med høy termisk ledningsevne----aluminiumslegering også blitt verdsatt i økende grad av folk.
For solenergiproduksjon er effektiviteten til omformere en viktig faktor for å bestemme ytelsen til solcelleanlegg. Fotovoltaisk inverter er en type kraftelektronisk enhet som konverterer likestrømmen som genereres i fotovoltaiske moduler til vekselstrøm. Dens hovedkomponenter inkluderer brytertransistorer (IGBT, MOSFET), magnetiske kjernekomponenter (induktor, transformator), etc. Hvis den fotovoltaiske omformeren svikter på grunn av høy temperatur, vil det føre til at solcelleanlegget slås av, noe som resulterer i stort strømtap;
For nye elektriske energikjøretøyer øker intelligens- og elektrifiseringsnivået dag for dag, og varmespredningen av deres interne elektriske utstyr vil direkte påvirke sikkerheten til hele kjøretøyet;
For 5G-basestasjoner er strømforbruket 2,5-3,5 ganger det for 4G. RRU (Remote Radio Unit) er en viktig enhet i 5G-basestasjoner, som gir stabile og pålitelige kanaler for brukerinformasjonsutveksling, og sikrer nøyaktig og sanntidslevering av informasjon.
I arbeidet vil hver modul produsere en stor mengde varme. Hvis det ikke forsvinner i tide, vil det føre til en høy temperaturøkning i det indre miljøet.
Når den nominelle temperaturen er overskredet, vil elektroniske enheter ikke fungere stabilt, noe som vil påvirke aktualiteten til overføring av brukerinformasjon og til og med forkorte levetiden.
I tillegg til de ovennevnte feltene har andre komponenter som høyeffekts LED-lys og fiberoptiske moduler i kommunikasjon høye krav til varmeavledning.
De elektroniske komponentene i disse enhetene har en nominell driftstemperatur. Hvis varme ikke kan overføres til omverdenen og temperaturen fortsetter å akkumuleres, vil den bli stadig høyere.
For å opprettholde arbeidstemperaturen til elektroniske komponenter inne i slike enheter innenfor det nominelle temperaturområdet, sikre deres effektivitet og levetid, er det nødvendig å bruke termisk ledende materialer for å overføre den interne varmen til enheten.
Derfor har materialer med høy termisk ledningsevne som brukes til produksjon av kjøleribber alltid vært et fokus for forskning.
Optisk modul
5G kommunikasjonsbasestasjon
Multimediahus til et bestemt nytt energikjøretøy
Definisjon av termisk ledningsevne
Termisk ledningsevne er en parameterindikator som karakteriserer den termiske ledningsevnen til et materiale. Den angir den termiske ledningsevnen per tidsenhet, per arealenhet og under en negativ temperaturgradient, i enheter på W/m · K eller W/m · grad .
De termiske konduktivitetskoeffisientene til vanlige stoffer er vist i tabell 1:
Tabell 1 Termiske konduktivitetskoeffisienter for ulike stoffer
Metall egnet som varmeavledermateriale
Fra tabell 1 kan det sees at for metalliske materialer overstiger varmespredningskoeffisientene for gull, sølv, kobber og aluminium 200W/(m · K), alle indikerer utmerket varmeledningsevne.
Imidlertid kan gull og sølv ikke brukes mye på grunn av deres myke tekstur, høye tetthet og høye kostnader;
Den termiske konduktivitetskoeffisienten til kobber er også svært høy, noe som kan hindres av ugunstige forhold som utilstrekkelig hardhet, høy tetthet, litt høye kostnader og høye prosesseringsvansker, og brukes mindre i relaterte felt av kjøleribberfinner;
Aluminium, som metallet med høyest innhold i jordskorpen, er foretrukket på grunn av sin høye varmeledningsevne, lave tetthet og lave pris. Imidlertid, på grunn av den lave hardheten til rent aluminium, tilsettes forskjellige formelmaterialer vanligvis i forskjellige bruksområder for å lage aluminiumslegeringer, som oppnår mange egenskaper som rent aluminium ikke har og blir et ideelt valg for kjøleribbebehandlingsmaterialer.
Kjøleleder i aluminiumslegering
Forskningsstatusen til termisk ledende aluminiumslegeringer er hovedsakelig delt inn i to kategorier: deformert aluminium og støpt aluminium, hver med forskjellige egenskaper.
Deformerte aluminiumslegeringer: Eksisterende forskning på varmeledningsevnen til aluminiumslegeringer fokuserer hovedsakelig på deformerte aluminiumslegeringer. Deformerte aluminiumslegeringer for termisk ledningsevne brukes hovedsakelig i felt som biler og elektronikk, for eksempel aluminiumslegeringsradiatorer, varmeovner, klimaanlegg, etc.
Sammenlignet med tradisjonelle kjøleribber av kobber eller stål, har aluminiums kjøleribber fordeler som lav vekt, god korrosjonsbestandighet og lave driftskostnader, og har blitt mye brukt. Når det gjelder datamaskinens kjøleribber, har aluminiums kjøleribber blitt mainstream, og erstatter kobber/stål kjøleribber og plastvifter. Ulempen med deformert aluminiumslegering er at det er vanskelig å gjøre deler ansvarlige for strukturen.
Støping av aluminiumslegering: Støping tilhører størkningsforming og er for tiden den beste prosessen for å danne komplekse strukturelle deler. For støpte aluminiumslegeringer, for å sikre fyllingsytelsen og de mekaniske egenskapene til legeringen, er det vanligvis nødvendig å legge til flere legeringselementer. Silisium i støpte aluminiumslegeringer kan forbedre fluiditeten til legeringen, men etter hvert som silisiuminnholdet øker, reduseres varmeledningsevnen. Derfor ligger vanskeligheten med å utvikle støpte aluminiumlegeringer med høy termisk ledningsevne i å sikre god flyt samtidig som den opprettholder høy varmeledningsevne gjennom legeringsdesign og mikrostrukturkontroll.
Effekten av varmebehandling på termisk ledningsevne
Varmebehandlingen av aluminiumslegeringer inkluderer hovedsakelig fast løsning, aldring og gløding, og deres effekter på termisk ledningsevne er forskjellige.
Behandling av fast løsning: Etter behandling i fast løsning er varmeledningsevnen og termisk diffusjonsytelse til aluminiumslegering hvor elementene eksisterer i fast løsningstilstand lavere enn de i aluminiumslegeringsmatrisen når elementfasen utfelles. Årsaken er at etter behandling av fast løsning gjennomgår materialstrukturen betydelige endringer, og noen legeringselementer og forsterkningsfaser vil løse seg opp igjen i matrisen, og danne overmettede faste løsninger, noe som forårsaker alvorlig gitterforvrengning, økt styrke og redusert varmeledningsevne.
Aldringsbehandling: Aldringsbehandling kan deles inn i høytemperaturaldring og lavtemperaturaldring. Under høytemperaturaldring er atomdiffusjon lett, og reparasjonshastigheten for ledige stillinger og dislokasjonsdefekter i legeringen er raskere. Den termiske ledningsevnen vil nå sin høyeste verdi i løpet av kort tid. Med forlengelsen av tiden vil den termiske ledningsevnen ha en nedadgående trend, hovedsakelig på grunn av den faste løsningen av overflødig Si og andre elementer i legeringsstrukturen og veksten av utfelte faser ved høye temperaturer; Under lavtemperaturaldring, på grunn av langsom atomdiffusjon og minimal oppløsning av elementer som Si ved lavere temperaturer, er tiden for termisk ledningsevne for å nå toppen betydelig lengre enn under høytemperaturaldring, og forbedringen i termisk ledningsevne er ikke like betydelig som under høytemperaturaldring.
Glødebehandling: Ulike glødetemperaturer og kjølemetoder har ulik effekt på varmeledningsevnen til aluminiumslegeringer. Når glødetemperaturen øker, avtar den termiske ledningsevnen, og graden av reduksjon i varmeledningsevnen varierer med ulike kjølemetoder. Dette er fordi når utglødningstemperaturen fortsetter å stige, løser flere andre faser i aluminiumslegeringen seg opp i aluminiumsmatrisen, noe som fører til en økning i den faste løseligheten til legeringselementer, forårsaker alvorlig gitterforvrengning og hindrer bevegelsen av frie elektroner, noe som resulterer i en reduksjon i termisk ledningsevne. Den termiske ledningsevnen oppnådd ved den langsomme avkjølingsmetoden med ovnen er høyere enn den for den hurtige avkjølingsmetoden, fordi jo langsommere kjølehastigheten er, desto mer gunstig er den for utfelling av faste løsningsatomer.
For å oppnå høyere termisk ledningsevne bør derfor generelt velges en lavere glødetemperatur og kjølemetode med ovnskjøling.
