Viime vuosina aurinkoenergian tuotannon, uusien energiaajoneuvojen ja 5G-viestinnän nopean kehityksen myötä ihmiset ovat myös arvostaneet yhä enemmän suositeltua lämmönjohtavaa materiaalia, jolla on korkea lämmönjohtavuus----alumiiniseos.
Aurinkosähkön tuotannossa invertterien hyötysuhde on tärkeä tekijä aurinkosähköjärjestelmien suorituskyvyn määrittämisessä. Aurinkosähköinvertteri on eräänlainen tehoelektroniikkalaite, joka muuntaa aurinkosähkömoduuleissa syntyvän tasavirran vaihtovirraksi. Sen pääkomponentteja ovat kytkintransistorit (IGBT, MOSFET), magneettisydän komponentit (induktori, muuntaja) jne. Jos aurinkosähköinvertteri epäonnistuu korkean lämpötilan vuoksi, se aiheuttaa aurinkosähköjärjestelmän sammumisen, mikä johtaa valtavaan tehohäviöön;
Uusien energiasähköajoneuvojen älykkyyden ja sähköistyksen taso kasvaa päivä päivältä, ja niiden sisäisten sähkölaitteiden lämmönpoisto vaikuttaa suoraan koko ajoneuvon turvallisuuteen;
5G-tukiasemien virrankulutus on 2.5-3,5 kertaa 4G:n virrankulutus. RRU (Remote Radio Unit) on tärkeä laite 5G-tukiasemissa, joka tarjoaa vakaat ja luotettavat kanavat käyttäjien tiedonvaihtoon varmistaen tarkan ja reaaliaikaisen tiedon toimituksen.
Työssä jokainen moduuli tuottaa suuren määrän lämpöä. Jos sitä ei hajota ajoissa, se johtaa korkeaan lämpötilan nousuun sisäisessä ympäristössä.
Kun nimellislämpötila ylittyy, elektroniset laitteet eivät toimi vakaasti, mikä vaikuttaa käyttäjän tiedon siirron oikea-aikaisuuteen ja jopa lyhentää käyttöikää.
Edellä mainittujen kenttien lisäksi muilla viestintäkomponenteilla, kuten suuritehoisilla LED-valoilla ja valokuitumoduuleilla, on korkeat vaatimukset lämmönpoistolle.
Näiden laitteiden elektronisilla komponenteilla on nimelliskäyttölämpötila. Jos lämpöä ei voida siirtää ulkomaailmaan ja lämpötila jatkaa kertymistä, se nousee yhä korkeammaksi.
Tällaisten laitteiden sisällä olevien elektronisten komponenttien käyttölämpötilan pitämiseksi nimellislämpötila-alueella, niiden tehokkuuden ja käyttöiän varmistamiseksi on tarpeen käyttää lämpöä johtavia materiaaleja laitteen sisäisen lämmön siirtämiseen.
Siksi jäähdytyslevyjen valmistuksessa käytetyt korkean lämmönjohtavuuden omaavat materiaalit ovat aina olleet tutkimuksen kohteena.
Optinen moduuli
5G-viestinnän tukiasema
Tietyn uuden energia-ajoneuvon multimediakotelo
Lämmönjohtavuuden määritelmä
Lämmönjohtavuus on parametri-indikaattori, joka kuvaa materiaalin lämmönjohtavuutta. Se ilmaisee lämmönjohtavuuden aikayksikköä kohti, pinta-alayksikköä kohden ja negatiivisen lämpötilagradientin alla yksiköissä W/m · K tai W/m · astetta.
Tavallisten aineiden lämmönjohtavuuskertoimet on esitetty taulukossa 1:
Taulukko 1 Eri aineiden lämmönjohtavuuskertoimet
Metalli sopii jäähdytyselementtimateriaaliksi
Taulukosta 1 voidaan nähdä, että metallimateriaaleille kullan, hopean, kuparin ja alumiinin lämmönpoistokertoimet ylittävät kaikki 200W/(m · K), ne kaikki osoittavat erinomaista lämmönjohtavuutta.
Kultaa ja hopeaa ei kuitenkaan voida käyttää laajasti niiden pehmeän koostumuksen, suuren tiheyden ja korkeiden kustannusten vuoksi;
Kuparin lämmönjohtavuuskerroin on myös erittäin korkea, mitä voivat haitata epäsuotuisat olosuhteet, kuten riittämätön kovuus, korkea tiheys, hieman korkeat kustannukset ja korkeat käsittelyvaikeudet, ja sitä käytetään vähemmän vastaavilla jäähdytyselementtien evien aloilla;
Alumiinia, maankuoren korkeimman pitoisuuden omaavana metallina, suositaan sen korkean lämmönjohtavuuden, alhaisen tiheyden ja alhaisen hinnan vuoksi. Kuitenkin puhtaan alumiinin alhaisen kovuuden vuoksi erilaisia kaavamateriaaleja lisätään yleensä eri sovellusaloilla alumiiniseosten valmistamiseksi, jotka saavat monia ominaisuuksia, joita puhtaalla alumiinilla ei ole ja joista tulee ihanteellinen valinta jäähdytyselementin prosessointimateriaaleille.
Alumiiniseoksesta valmistettu jäähdytyselementti
Lämmönjohtavien alumiiniseosten tutkimusasema on jaettu pääasiassa kahteen luokkaan: muotoiltu alumiini ja valualumiini, joilla kullakin on erilaiset ominaisuudet.
Epämuodostuneet alumiiniseokset: Nykyinen alumiiniseosten lämmönjohtavuutta koskeva tutkimus keskittyy pääasiassa muotoutuneisiin alumiiniseoksiin. Epämuodostuneita alumiiniseoksia lämmönjohtavuuden vuoksi käytetään pääasiassa sellaisilla aloilla kuin autot ja elektroniikka, kuten alumiiniseospatterit, lämmittimet, ilmastointilaitteet jne.
Perinteisiin kupari- tai teräsjäähdytyslevyihin verrattuna alumiinijäähdytyslevyillä on etuja, kuten keveys, hyvä korroosionkestävyys ja alhaiset käyttökustannukset, ja niitä on käytetty laajalti. Mitä tulee tietokoneiden jäähdytyslevyihin, alumiinijäähdytyslevyistä on tullut valtavirtaa, ja ne ovat korvanneet kupari-/teräsjäähdytyslevyt ja muovituulettimet. Epämuodostuneen alumiiniseoksen haittana on, että rakenteesta vastaavia osia on vaikea tehdä.
Alumiiniseoksen valu: Valu kuuluu kiinteytysmuovaukseen ja on tällä hetkellä paras prosessi monimutkaisten rakenneosien muodostamiseen. Valettujen alumiiniseosten täyttökyvyn ja lejeeringin mekaanisten ominaisuuksien varmistamiseksi on yleensä tarpeen lisätä enemmän seoselementtejä. Valettujen alumiiniseosten pii voi parantaa lejeeringin juoksevuutta, mutta piipitoisuuden kasvaessa lämmönjohtavuus laskee. Siksi vaikeus kehittää korkean lämmönjohtavuuden omaavia valettuja alumiiniseoksia on hyvän juoksevuuden varmistamisessa, samalla kun se säilyttää korkean lämmönjohtavuuden lejeeringin suunnittelun ja mikrorakenteen ohjauksen avulla.
Lämpökäsittelyn vaikutus lämmönjohtavuuteen
Alumiiniseosten lämpökäsittely sisältää pääasiassa kiinteän liuottamisen, vanhentamisen ja hehkutuksen, ja niiden vaikutukset lämmönjohtavuuteen ovat erilaisia.
Kiinteäliuoskäsittely: Kiinteän liuoksen käsittelyn jälkeen alumiiniseoksen lämmönjohtavuus ja lämpödiffuusiokyky, jossa elementit ovat kiinteässä liuostilassa, ovat alhaisemmat kuin alumiiniseosmatriisissa, kun elementtifaasi saostetaan. Syynä on se, että kiinteäliuoskäsittelyn jälkeen materiaalin rakenne muuttuu merkittävästi ja jotkin seosaineelementit ja vahvistusfaasit liukenevat uudelleen matriisiin, jolloin muodostuu ylikylläisiä kiinteitä liuoksia, mikä aiheuttaa vakavaa hilan vääristymistä, lisääntynyttä lujuutta ja heikentynyttä lämmönjohtavuutta.
Ikääntyminen: Ikääntymishoito voidaan jakaa korkean lämpötilan ikääntymiseen ja matalan lämpötilan ikääntymiseen. Korkeassa lämpötilassa ikääntymisen aikana atomidiffuusio on helppoa ja seoksen tyhjien paikkojen ja dislokaatiovirheiden korjausnopeus on nopeampi. Lämmönjohtavuus saavuttaa korkeimman arvonsa lyhyessä ajassa. Ajan pidentyessä lämmönjohtavuudella on laskutrendi, mikä johtuu pääasiassa ylimääräisen Si:n ja muiden elementtien kiinteästä liuoksesta seosrakenteessa ja saostuneiden faasien kasvusta korkeissa lämpötiloissa; Alhaisen lämpötilan vanhenemisen aikana hitaan atomidiffuusion ja alkuaineiden, kuten Si:n, minimaalisen liukenemisen vuoksi alhaisemmissa lämpötiloissa aika, jolloin lämmönjohtavuus saavuttaa huippunsa, on huomattavasti pidempi kuin korkean lämpötilan vanhenemisen aikana, eikä lämmönjohtavuuden paraneminen ole yhtä merkittävää kuin korkean lämpötilan ikääntymisen aikana.
Hehkutuskäsittely: Erilaiset hehkutuslämpötilat ja jäähdytysmenetelmät vaikuttavat eri tavalla alumiiniseosten lämmönjohtavuuteen. Hehkutuslämpötilan noustessa lämmönjohtavuus laskee ja lämmönjohtavuuden laskun aste vaihtelee eri jäähdytysmenetelmien mukaan. Tämä johtuu siitä, että hehkutuslämpötilan noustessa yhä enemmän alumiiniseoksen toisia faaseja liukenee alumiinimatriisiin, mikä lisää seosalkuaineiden kiinteän aineen liukoisuutta, mikä aiheuttaa vakavaa hilan vääristymistä ja estää vapaiden elektronien liikkumisen, mikä johtaa lämmönjohtavuuden lasku. Uunilla hitaalla jäähdytyksellä saatu lämmönjohtavuus on korkeampi kuin nopealla jäähdytyksellä, koska mitä hitaampi jäähdytysnopeus on, sitä edullisempi se on kiinteän liuoksen atomien saostumiseen.
Siksi korkeamman lämmönjohtavuuden saavuttamiseksi tulisi yleensä valita alempi hehkutuslämpötila ja jäähdytysmenetelmä uunijäähdytyksellä.
