Mis on vase roll soojuse jaoturi kihina mitmest materjalist{0}}kütteplaatides?

Kassettküttekehad on eraldi kütteelemendid. Iga element loob otse selle kohale kuuma ala. Need kuumad kohad võivad paksu alumiinium- või terasplaadi tööpinnal põhjustada märgatavaid temperatuurierinevusi. Plaadi sees on vasekiht, mis toimib soojuse hajutina, tasandades neid kaldeid. Mitmest materjalist-arhitektuur kasutab vase suurepärast soojusjuhtivust, et luua ühtlasem temperatuur seal, kus üksikud metallplaadid jäävad alla.

Termiline väljakutse: diskreetsed kütteseadmed toovad sisse kuumad kohad
Enamik tööstuslikke kütteplaate on varustatud diskreetsete soojusallikatega, nagu kassettküttekehad, torukujulised elemendid või sisse valatud -takistusjuhtmed. Need allikad edastavad soojust, mis on koondunud väikesesse piirkonda. Alumiiniumist või terasest homogeenses plaadis levib soojus peamiselt metalli sisemise soojusjuhtivuse kaudu. Kui aga küttekehade vahekaugus on liiga suur või plaadi paksus on ebapiisav, on pind vahetult iga küttekeha kohal oluliselt kuumem kui küttekehade vahelised alad. See ebaühtlane temperatuuriprofiil võib põhjustada:

Ebakorrapärane või kehv tootekvaliteet lamineerimis-, pressimis- või sulgemisprotseduurides.

Plaadiga kokku puutuva aine lokaalne kuumutamine

Ebaühtlane kõvenemine või liimimine, mille tulemuseks on protsessi saagise vähenemine.

Selle probleemi vältimiseks ilma küttekehade vahekaugust suurendamata (mis suurendab kulusid ja keerukust), saab lisada kõrge juhtivusega kihi, et soojust enne tööpinnale jõudmist külgsuunas hajutada.

Vase suurepärane soojusjuhtivus
Vase soojusjuhtivus on kõigist populaarsetest metallidest kõrgeim. Puhtate vasesulamite nagu C11000 väärtus on umbes 400 vatti meetri kohta kelvini kohta (W/mK). Juhendina:

Materjali soojusjuhtivus (W/m·K) vase suhtes Vase (puhas) ~400 1× (alustase)
Alumiinium (6061-T6) ~167 ~0,42× Teras (madala süsinikusisaldusega) ~45 – 50 ~0,12× Roostevaba teras (304) ~16 ~0,04×
Vask on hea soojusjuht, see juhib soojust umbes kaks korda paremini kui alumiinium ja üle 20 korra paremini kui roostevaba teras. See funktsioon muudab vase suurepäraseks materjaliks külgsuunas soojuse hajutamiseks-, mis viib energia otse küttekeha kohal olevast kuumast kohast eemale ja kannab selle jahedamatesse kohtadesse.

Kuidas vasest soojusjaoturi kiht töötab
Kui rääkida mitmest materjalist{0}}kütteplaatidest, sisaldab vasest soojusjaoturi kuumutusplaadi struktuur tavaliselt õhukest vasekihti (tavaliselt 2–10 mm paksune), mis asub eraldiseisvate kütteallikate ja tööpinna vahel. Kütteelemendid on põimitud või kinnitatud aluskihi sisse (mis võib olla alumiiniumist, terasest või mõnest muust konstruktsioonimaterjalist). Vasekiht on lõpliku tööpinnana kaetud pealisplaadiga (tavaliselt roostevaba teras või alumiinium).

Mehhanism on lihtne:

Mingil hetkel juhitakse padrunsoojendi tekitatud soojus vasekihti.

Vasel on külgsuunas väga kõrge soojusjuhtivus, mistõttu soojus levib kiiresti läbi vase horisontaalselt, enne kui see vertikaalselt tööpinnale läheb.

Osa soojust transporditakse külgsuunas eemale, mistõttu temperatuur vahetult küttekeha kohal langeb.

See külgmine dispersioon annab kütteseadmete vahelistele orgudele lisasoojust, mis tõstab nende temperatuuri.

Tulemuseks on ühtlasem temperatuurijaotus kogu tööpinna ulatuses. Hästi kujundatud-vasest jaotusplaatides saab temperatuurierinevust kõige kuumema punkti (küttekeha kohal) ja jahedama punkti (küttekehade vahel) vahel vähendada 50–80% võrreldes sama paksuse ja samasuguse küttekeha vahega monoliitse alumiiniumplaadiga.

Praktiline rakendamine: vase sidumine teiste metallidega
Vasekihi integreerimine mitmest materjalist{0}}kütteplaadile nõuab tugevat protsessi vase kinnitamiseks naaberkihtidele (tavaliselt alumiinium või teras). Kasutatakse mitmeid tehnikaid:

Jootmine - Vask ja alumiinium või vask ja teras ühendatakse kõvajoodisega, kasutades teatud täitemetalle. See tagab madala soojustakistusega pideva metallühenduse. Jootmine nõuab aga kõrgeid temperatuure ja soojuspaisumise ebakõlade hoolikat käsitlemist.

Plahvatusliimimine (vooderdus) - Õhuke vaseleht on plahvatuslikult ühendatud paksemast materjalist (teras või alumiinium) tugiplaadiga. Saadud plakeeritud plaat on metallurgiliselt ühendatud liidese takistusega peaaegu null. Plahvatusliimimine on suurte plaatide puhul ökonoomne, kuid nõuab spetsiaalseid seadmeid.

Mehaaniline kinnitus termoliidese materjaliga Vaskplekk kinnitatakse klambriga või poltidega alusplaadi külge. Mikroskoopilised tühimikud täidab soojust juhtiv pasta või padi (nt grafiidil või silikoonil põhinev materjal). See on lihtsam viis, kuid see lisab liidesele täiendavat soojustakistust.

Valamine - See hõlmab vasest osade asetamist vormi ja alumiiniumi valamist nende ümber. Tahkumisel tõmbub alumiinium kokku vase külge, moodustades mehaanilise ja termilise sideme. See on kohandatud kujuga plaatide puhul normaalne.

Oluline on mõista, et seos vase ja naabermetalli vahel peab taluma korduvat temperatuuri tsüklit ilma delaminatsiooni või tühimike moodustumiseta. Halva sidumise tulemuseks on õhupilu, soojusisolaator, mis muudab vasekihi eelised olematuks.

Kompromiss-: kulu, kaal ja soojuspaisumine
Vasest soojusjaoturi kihi lisamine hõlmab mitmeid kompromisse,{0}}mida tuleb tasakaalustada vajaliku temperatuuri ühtlusega.

Maksumus - Vase kilogrammi kohta on alumiiniumist tunduvalt kallim. Materjali maksumus ja valmistamise keerukus suureneb (liimimisprotsessid) 5 mm vasekihiga. Suurenenud kulutused on sageli õigustatud ülitäpsete rakenduste puhul, kus ühtsus on ülioluline.

Kaal - Vase tihedus on ligikaudu 8,96 g/cm 3 versus 2,70 g/cm 3 alumiiniumi ja 7,85 g/cm 3 terase puhul. Vaskkate lisab kõvasti kaalu. See võib vajada tugevamaid ajamid või tugisüsteeme liikuvate plaatide või vertikaalselt orienteeritud küttekehade jaoks.

Soojuspaisumise mittevastavus. Vase soojuspaisumise koefitsient (CTE) on ligikaudu 17 × 10⁻⁶/kraadi, samal ajal kui alumiinium paisub 23 × 10⁻⁶ kraadi kohta ja teras 12 × 10⁻⁶ kraadi kohta. Diferentsiaalne paisumine kütte- ja jahutustsüklite ajal põhjustab liidesel nihkepinget, kui need on omavahel ühendatud. Korduval rattasõidul võivad sidemed väsida või laguneda. Disain peab sellise ebakõla kompenseerima kihi paksuse optimeerimise, nõuetele vastavate sidematerjalide või segmenteeritud vasekihtidega.

Rakendused, milles vasepuisturid Excel
Kõrge täpsusega kütterakendustes on vasest soojusjaoturi kiht kõige väärtuslikum, kui:

Küttekehade vahe peab olema suur -, näiteks väga suurte plaatide puhul, kui kassettküttekehade lisamine on liiga kallis või mehaaniliselt keeruline.

Tööpinna temperatuuri ühtlus: ±1 kraad või parem. Sellised kitsad tolerantsid on vajalikud pooljuhtide töötlemisel, meditsiiniseadmete valmistamisel või optilisel lamineerimisel.

Kiired kütte- ja jahutustsüklid - Vase tugev hajuvus aitab plaadil kiiresti reageerida seadeväärtuse muutustele, vähendades nii üle- kui ka alamjooksu.

Tööpind on roostevaba teras - Roostevaba teras on madala juhtivuse (16 W/m·K) tõttu halb soojusjaotur. Roostevaba terase pind on kaetud vasekihiga, mis suurendab oluliselt ühtlust, ilma et see kahjustaks terase kulumis- ja korrosioonikindlust.

Tihedalt paigutatud küttekehade, madalate ühtlusnõuete või kõrge kulutundlikkusega rakendused ei pruugi aga vasekihti vajada. Õigesti kujundatud piisava paksusega alumiiniumplaat võib sageli tagada sobiva ühtluse ilma täiendava keerukuseta.

Disaini näide: tüüpiline vaskpuisturi paigutus
Tüüpiline mitmest{0}}materjalist plaadikoost alt üles on järgmine:

Aluskiht (struktuurne) - Alumiinium või teras, paksusega 15-30 mm, puuritud padrunsoojendite jaoks.

Vase puistekiht - Vundamendikihile kinnitatud puhas vask, paksusega 3–8 mm.

Tööpinna kiht - 5-10 mm paksune roostevaba teras (kulumiskindlus) või alumiinium (väike kaal), mis on ühendatud vasega.

Vasekiht on soojusallikale võimalikult lähedal, et võimaldada maksimaalset külgsuunalist levikut enne, kui kuumus jõuab lõplikule tööpinnale. Lõplike elementide analüüsi (FEA) kasutatakse tavaliselt vase paksuse ja küttekeha paigutuse optimeerimiseks.

Järeldus: hea lahendus parema temperatuuri ühtluse tagamiseks
Vasest soojusjaoturi kiht on tõhus insener-meetod eraldi kütteseadmetega plaatide parema temperatuuri homogeensuse saavutamiseks. Vask on umbes kaks korda soojusjuhtivam kui alumiinium ja üle 20 korra juhtivam kui roostevaba teras ning selle soojusjuhtivus on umbes 400 W/m·K, mis võimaldab kiiret külgsuunalist soojuse difusiooni, et vähendada kuumi kohti ja täita tööpinnal olevaid soojusorusid.

Vask seab takistusi kulude, kaalu ja soojuspaisumise osas, kuid pakub märkimisväärset eelist suure täpsusega{0}}rakendustes. Usaldusväärset integreerimist mitmest materjalist plaatidesse saab saavutada sidumismeetoditega, nagu kõvajoodisjootmine, plahvatusohtlik vooder või mehaaniline kinnitus termilise liidese materjalidega. Materjali- ja disainivalikud on tingitud soojuse ühtluse vajadusest; rakendustes, mis nõuavad tõsist ühtlust, on vasest soojusjaoturi kiht end tõestanud ja tehniliselt usaldusväärne lähenemisviis.