In de afgelopen jaren, met de snelle ontwikkeling van de opwekking van zonne-energie, nieuwe energievoertuigen en 5G-communicatie, wordt het favoriete materiaal voor warmteafvoer met een hoge thermische geleidbaarheid----aluminiumlegering ook steeds meer gewaardeerd door mensen.
Voor de opwekking van zonne-energie is de efficiëntie van omvormers een belangrijke factor om de prestaties van fotovoltaïsche zonne-energiesystemen te bepalen. Fotovoltaïsche omvormer is een soort vermogenselektronisch apparaat dat de gelijkstroom die wordt gegenereerd in fotovoltaïsche modules omzet in wisselstroom. De belangrijkste componenten zijn onder meer schakeltransistors (IGBT, MOSFET), magnetische kerncomponenten (inductor, transformator), enz. Als de fotovoltaïsche omvormer uitvalt vanwege hoge temperaturen, zal dit ertoe leiden dat het fotovoltaïsche systeem wordt uitgeschakeld, wat resulteert in een enorm stroomverlies;
Voor nieuwe energie-elektrische voertuigen neemt het niveau van intelligentie en elektrificatie met de dag toe, en de warmteafvoer van hun interne elektrische apparatuur zal rechtstreeks van invloed zijn op de veiligheid van het hele voertuig;
Het stroomverbruik van 5G-basisstations is 2,5-3,5 maal dat van 4G. RRU (Remote Radio Unit) is een belangrijk apparaat in 5G-basisstations en biedt stabiele en betrouwbare kanalen voor de uitwisseling van gebruikersinformatie, waardoor nauwkeurige en realtime levering van informatie wordt gegarandeerd.
Tijdens het werk zal elke module een grote hoeveelheid warmte produceren. Als het niet op tijd verdwijnt, zal het leiden tot een hoge temperatuurstijging in de interne omgeving.
Zodra de nominale temperatuur wordt overschreden, zullen elektronische apparaten niet stabiel werken, wat de tijdigheid van de overdracht van gebruikersinformatie zal beïnvloeden en zelfs de levensduur zal verkorten.
Naast de bovengenoemde velden stellen andere componenten, zoals krachtige LED-lampen en glasvezelmodules in communicatie, hoge eisen aan warmteafvoer.
De elektronische componenten in deze apparaten hebben een nominale bedrijfstemperatuur. Als warmte niet kan worden overgedragen naar de buitenwereld en de temperatuur zich blijft ophopen, zal deze steeds hoger worden.
Om de werktemperatuur van elektronische componenten in dergelijke apparaten binnen het nominale temperatuurbereik te houden en hun efficiëntie en levensduur te garanderen, is het noodzakelijk om thermisch geleidende materialen te gebruiken om de interne warmte van het apparaat over te dragen.
Daarom zijn materialen met een hoge thermische geleidbaarheid die worden gebruikt voor de productie van koellichamen altijd een focus van onderzoek geweest.
Optische module
5G-communicatiebasisstation
Multimediabehuizing van een bepaald nieuw energievoertuig
Definitie van thermische geleidbaarheid
Thermische geleidbaarheid is een parameterindicator die de thermische geleidbaarheid van een materiaal karakteriseert. Het geeft de thermische geleidbaarheid aan per tijdseenheid, per oppervlakte-eenheid en onder een negatieve temperatuurgradiënt, in eenheden van W/m · K of W/m · graad.
De thermische geleidbaarheidscoëfficiënten van veel voorkomende stoffen worden weergegeven in Tabel 1:
Tabel 1 Warmtegeleidingscoëfficiënten van verschillende stoffen
Metaal geschikt als koellichaammateriaal
Uit Tabel 1 blijkt dat voor metallische materialen de warmtedissipatiecoëfficiënten van goud, zilver, koper en aluminium allemaal hoger zijn dan 200 W/(m · K), wat allemaal wijst op een uitstekende thermische geleidbaarheid.
Goud en zilver kunnen echter niet op grote schaal worden gebruikt vanwege hun zachte textuur, hoge dichtheid en hoge kosten;
De thermische geleidbaarheidscoëfficiënt van koper is ook erg hoog, wat kan worden gehinderd door ongunstige omstandigheden zoals onvoldoende hardheid, hoge dichtheid, enigszins hoge kosten en hoge verwerkingsmoeilijkheden, en wordt minder gebruikt op verwante gebieden van koelribben;
Aluminium, als het metaal met het hoogste gehalte in de aardkorst, heeft de voorkeur vanwege zijn hoge thermische geleidbaarheid, lage dichtheid en lage prijs. Vanwege de lage hardheid van puur aluminium worden er echter meestal in verschillende toepassingsgebieden verschillende formulematerialen toegevoegd om aluminiumlegeringen te maken, die veel eigenschappen verkrijgen die puur aluminium niet bezit en een ideale keuze worden voor verwerkingsmaterialen voor koellichamen.
Koellichaam van aluminiumlegering
De onderzoeksstatus van warmtegeleidende aluminiumlegeringen is hoofdzakelijk verdeeld in twee categorieën: vervormd aluminium en gegoten aluminium, elk met verschillende kenmerken.
Vervormde aluminiumlegeringen: Bestaand onderzoek naar de thermische geleidbaarheid van aluminiumlegeringen richt zich voornamelijk op vervormde aluminiumlegeringen. Vervormde aluminiumlegeringen voor thermische geleidbaarheid worden voornamelijk gebruikt in gebieden zoals auto's en elektronica, zoals radiatoren van aluminiumlegeringen, verwarmingstoestellen, airconditioners, enz.
Vergeleken met traditionele koperen of stalen koellichamen hebben aluminium koellichamen voordelen zoals een laag gewicht, goede corrosieweerstand en lage bedrijfskosten, en worden ze op grote schaal gebruikt. Op het gebied van computerkoellichamen zijn aluminium koellichamen mainstream geworden, ter vervanging van koperen/stalen koellichamen en plastic ventilatoren. Het nadeel van een vervormde aluminiumlegering is dat het moeilijk is om onderdelen verantwoordelijk te maken voor de structuur.
Gieten van aluminiumlegering: Gieten behoort tot stollingsvormen en is momenteel het beste proces voor het vormen van complexe structurele onderdelen. Om de vulprestaties en mechanische eigenschappen van de legering te garanderen, is het bij gegoten aluminiumlegeringen doorgaans noodzakelijk om meer legeringselementen toe te voegen. Silicium in gegoten aluminiumlegeringen kan de vloeibaarheid van de legering verbeteren, maar naarmate het siliciumgehalte toeneemt, neemt de thermische geleidbaarheid af. Daarom ligt de moeilijkheid bij het ontwikkelen van gegoten aluminiumlegeringen met een hoge thermische geleidbaarheid in het garanderen van een goede vloeibaarheid terwijl toch een hoge thermische geleidbaarheid wordt gehandhaafd door middel van het legeringsontwerp en de controle van de microstructuur.
Het effect van warmtebehandeling op thermische geleidbaarheid
De warmtebehandeling van aluminiumlegeringen omvat voornamelijk vaste oplossing, veroudering en uitgloeien, en hun effecten op de thermische geleidbaarheid zijn verschillend.
Behandeling met vaste oplossing: Na behandeling met vaste oplossing zijn de thermische geleidbaarheid en thermische diffusieprestaties van een aluminiumlegering waarin de elementen in een vaste oplossingstoestand voorkomen lager dan die in de aluminiumlegeringsmatrix wanneer de elementfase wordt neergeslagen. De reden is dat na behandeling met vaste oplossingen de materiaalstructuur aanzienlijke veranderingen ondergaat, en dat sommige legeringselementen en versterkingsfasen weer in de matrix zullen oplossen, waardoor oververzadigde vaste oplossingen worden gevormd, wat ernstige roostervervorming, verhoogde sterkte en verminderde thermische geleidbaarheid veroorzaakt.
Verouderingsbehandeling: Verouderingsbehandeling kan worden onderverdeeld in veroudering bij hoge temperatuur en veroudering bij lage temperatuur. Tijdens veroudering bij hoge temperaturen is atomaire diffusie gemakkelijk en is de reparatiesnelheid van vacatures en dislocatiedefecten in de legering sneller. De thermische geleidbaarheid zal in korte tijd zijn hoogste waarde bereiken. Met het verstrijken van de tijd zal de thermische geleidbaarheid een neerwaartse trend vertonen, voornamelijk als gevolg van de vaste oplossing van overtollig Si en andere elementen in de legeringsstructuur en de groei van neergeslagen fasen bij hoge temperaturen; Tijdens veroudering bij lage temperaturen is de tijd voordat de thermische geleidbaarheid zijn piek bereikt, als gevolg van de langzame atomaire diffusie en het minimale oplossen van elementen zoals Si bij lagere temperaturen, aanzienlijk langer dan tijdens veroudering bij hoge temperaturen, en de verbetering van de thermische geleidbaarheid is dat niet. net zo belangrijk als tijdens veroudering bij hoge temperaturen.
Gloeibehandeling: Verschillende gloeitemperaturen en koelmethoden hebben verschillende effecten op de thermische geleidbaarheid van aluminiumlegeringen. Naarmate de gloeitemperatuur toeneemt, neemt de thermische geleidbaarheid af, en de mate van afname van de thermische geleidbaarheid varieert afhankelijk van de verschillende koelmethoden. Dit komt omdat naarmate de gloeitemperatuur blijft stijgen, meer tweede fasen in de aluminiumlegering oplossen in de aluminiummatrix, wat leidt tot een toename van de vaste oplosbaarheid van legeringselementen, waardoor ernstige roostervervorming ontstaat en de beweging van vrije elektronen wordt belemmerd, wat resulteert in een afname van de thermische geleidbaarheid. De thermische geleidbaarheid verkregen door de langzame koelmethode met de oven is hoger dan die van de snelle koelmethode, omdat hoe langzamer de koelsnelheid, hoe gunstiger deze is voor de precipitatie van vaste oplossingsatomen.
Om een hogere thermische geleidbaarheid te bereiken, moet daarom in het algemeen een lagere gloeitemperatuur en een lagere koelmethode met ovenkoeling worden gekozen.
