En els darrers anys, amb el ràpid desenvolupament de la generació d'energia solar, els vehicles d'energia nova i la comunicació 5G, el material preferit de dissipació de calor amb un aliatge d'alumini d'alta conductivitat tèrmica----, també ha estat cada cop més valorat per la gent.
Per a la generació d'energia solar, l'eficiència dels inversors és un factor important per determinar el rendiment dels sistemes solars fotovoltaics. L'inversor fotovoltaic és un tipus de dispositiu electrònic de potència que converteix el corrent continu que es genera en els mòduls fotovoltaics en corrent altern. Els seus components principals inclouen transistors de commutació (IGBT, MOSFET), components de nucli magnètic (inductor, transformador), etc. Si l'inversor fotovoltaic falla a causa de l'alta temperatura, provocarà l'aturada del sistema fotovoltaic, la qual cosa comportarà una gran pèrdua de potència;
Per als vehicles elèctrics d'energia nova, el nivell d'intel·ligència i electrificació augmenta dia a dia i la dissipació de calor dels seus equips elèctrics interns afectarà directament la seguretat de tot el vehicle;
Per a les estacions base 5G, el seu consum d'energia és de 2,5-3,5 vegades el de 4G. RRU (Unitat de ràdio remota) és un dispositiu important a les estacions base 5G, que ofereix canals estables i fiables per a l'intercanvi d'informació de l'usuari, assegurant el lliurament d'informació precisa i en temps real.
En el treball, cada mòdul produirà una gran quantitat de calor. Si no es dissipa a temps, provocarà un elevat augment de la temperatura a l'entorn intern.
Un cop superada la temperatura nominal, els dispositius electrònics no funcionaran de manera estable, cosa que afectarà la puntualitat de la transmissió de la informació de l'usuari i fins i tot escurçarà la vida útil.
A més dels camps anteriors, altres components com ara llums LED d'alta potència i mòduls de fibra òptica en comunicació tenen requisits elevats per a la dissipació de calor.
Els components electrònics d'aquests dispositius tenen una temperatura de funcionament nominal. Si la calor no es pot transferir al món exterior i la temperatura continua acumulant-se, serà cada cop més alta.
Per mantenir la temperatura de treball dels components electrònics dins d'aquests dispositius dins del rang de temperatura nominal, garantir la seva eficiència i vida útil, és necessari utilitzar materials conductors tèrmics per transferir la calor interna del dispositiu.
Per tant, els materials d'alta conductivitat tèrmica utilitzats per a la fabricació de dissipadors de calor sempre han estat un focus de recerca.
Mòdul òptic
Estació base de comunicació 5G
Habitatge multimèdia d'un vehicle d'energia nova determinada
Definició de conductivitat tèrmica
La conductivitat tèrmica és un paràmetre indicador que caracteritza la conductivitat tèrmica d'un material. Indica la conductivitat tèrmica per unitat de temps, per unitat de superfície i sota un gradient de temperatura negatiu, en unitats de W/m · K o W/m · grau.
Els coeficients de conductivitat tèrmica de les substàncies comunes es mostren a la taula 1:
Taula 1 Coeficients de conductivitat tèrmica de diferents substàncies
Metall adequat com a material dissipador de calor
A la taula 1, es pot veure que per als materials metàl·lics, els coeficients de dissipació de calor d'or, plata, coure i alumini superen tots els 200 W/(m · K), tots ells indiquen una excel·lent conductivitat tèrmica.
Tanmateix, l'or i la plata no es poden utilitzar àmpliament a causa de la seva textura suau, alta densitat i alt cost;
El coeficient de conductivitat tèrmica del coure també és molt alt, cosa que es pot veure obstaculitzada per condicions desfavorables com ara una duresa insuficient, una alta densitat, un cost lleugerament elevat i una gran dificultat de processament, i s'utilitza menys en camps relacionats amb aletes de dissipadors de calor;
L'alumini, com el metall amb més contingut a l'escorça terrestre, es veu afavorit per la seva alta conductivitat tèrmica, baixa densitat i baix preu. Tanmateix, a causa de la baixa duresa de l'alumini pur, se solen afegir diversos materials de fórmula en diversos camps d'aplicació per fabricar aliatges d'alumini, que obtenen moltes característiques que l'alumini pur no posseeix i es converteixen en una opció ideal per als materials de processament de dissipadors de calor.
Dissipador de calor d'aliatge d'alumini
L'estat de recerca dels aliatges d'alumini conductors tèrmics es divideix principalment en dues categories: alumini deformat i alumini fos, cadascun amb característiques diferents.
Aliatges d'alumini deformats: la investigació existent sobre la conductivitat tèrmica dels aliatges d'alumini se centra principalment en els aliatges d'alumini deformats. Els aliatges d'alumini deformats per a la conductivitat tèrmica s'utilitzen principalment en camps com l'automòbil i l'electrònica, com ara radiadors d'aliatge d'alumini, escalfadors, aparells d'aire condicionat, etc.
En comparació amb els dissipadors de calor tradicionals de coure o acer, els dissipadors de calor d'alumini tenen avantatges com ara un pes lleuger, una bona resistència a la corrosió i uns costos operatius baixos, i s'han utilitzat àmpliament. Pel que fa als dissipadors de calor d'ordinadors, els dissipadors de calor d'alumini s'han convertit en corrent, substituint els dissipadors de calor de coure/acer i els ventiladors de plàstic. El desavantatge de l'aliatge d'alumini deformat és que és difícil fer que les peces siguin responsables de l'estructura.
Aliatge d'alumini de fosa: la fosa pertany a la conformació per solidificació i actualment és el millor procés per formar peces estructurals complexes. Per als aliatges d'alumini fos, per tal de garantir el rendiment d'ompliment i les propietats mecàniques de l'aliatge, normalment cal afegir més elements d'aliatge. El silici dels aliatges d'alumini fos pot millorar la fluïdesa de l'aliatge, però a mesura que augmenta el contingut de silici, la conductivitat tèrmica disminueix. Per tant, la dificultat per desenvolupar aliatges d'alumini fos d'alta conductivitat tèrmica rau a garantir una bona fluïdesa alhora que es manté una alta conductivitat tèrmica mitjançant el disseny d'aliatges i el control de la microestructura.
L'efecte del tractament tèrmic sobre la conductivitat tèrmica
El tractament tèrmic dels aliatges d'alumini inclou principalment solució sòlida, envelliment i recuit, i els seus efectes sobre la conductivitat tèrmica són diferents.
Tractament amb solució sòlida: després del tractament amb solució sòlida, la conductivitat tèrmica i el rendiment de difusió tèrmica de l'aliatge d'alumini en què els elements existeixen en estat de solució sòlida són inferiors als de la matriu d'aliatge d'alumini quan es precipita la fase de l'element. El motiu és que després del tractament de la solució sòlida, l'estructura del material experimenta canvis significatius i alguns elements d'aliatge i fases d'enfortiment es tornaran a dissoldre a la matriu, formant solucions sòlides sobresaturades, provocant una distorsió severa de la gelosia, augment de la resistència i disminució de la conductivitat tèrmica.
Tractament d'envelliment: el tractament d'envelliment es pot dividir en envelliment a alta temperatura i envelliment a baixa temperatura. Durant l'envelliment a alta temperatura, la difusió atòmica és fàcil i la velocitat de reparació de les vacants i els defectes de dislocació de l'aliatge és més ràpida. La conductivitat tèrmica arribarà al seu valor més alt en un curt període de temps. Amb l'extensió del temps, la conductivitat tèrmica tindrà una tendència a la baixa, principalment a causa de la solució sòlida de l'excés de Si i altres elements de l'estructura de l'aliatge i el creixement de fases precipitades a altes temperatures; Durant l'envelliment a baixa temperatura, a causa de la difusió atòmica lenta i la dissolució mínima d'elements com el Si a temperatures més baixes, el temps perquè la conductivitat tèrmica arribi al seu pic és significativament més llarg que durant l'envelliment a alta temperatura i la millora de la conductivitat tèrmica no és tan important com durant l'envelliment a alta temperatura.
Tractament de recuit: diferents temperatures de recuit i mètodes de refrigeració tenen diferents efectes sobre la conductivitat tèrmica dels aliatges d'alumini. A mesura que augmenta la temperatura de recuit, la conductivitat tèrmica disminueix i el grau de disminució de la conductivitat tèrmica varia amb els diferents mètodes de refrigeració. Això es deu al fet que a mesura que la temperatura de recuit continua augmentant, més segones fases de l'aliatge d'alumini es dissolen a la matriu d'alumini, donant lloc a un augment de la solubilitat sòlida dels elements d'aliatge, provocant una gran distorsió de la gelosia i dificultant el moviment dels electrons lliures, donant lloc a disminució de la conductivitat tèrmica. La conductivitat tèrmica obtinguda pel mètode de refredament lent amb el forn és superior a la del mètode de refredament ràpid, perquè com més lenta sigui la velocitat de refredament, més favorable és per a la precipitació d'àtoms de solució sòlida.
Per tant, per tal d'aconseguir una conductivitat tèrmica més alta, generalment s'ha de triar una temperatura de recuit i un mètode de refredament més baixos amb refrigeració del forn.
