Hvernig hefur oxun á koparhitadreifaralagi áhrif á langtíma-afköst plötunnar?

Fallegur bleikur koparhitadreifari inni í hitaplötu helst ekki lengi í glans. Eftir þúsundir klukkustunda við hækkað hitastig byrjar yfirborðið að dökkna smám saman þegar þunn oxíðlög vaxa yfir málminn. Almennt er litið framhjá þessari breytingu sem snyrtivöruöldrun. Hins vegar breytir það aðeins hitauppstreymi plötunnar sjálfrar.

Í langtímaumræðunni um frammistöðu koparhitadreifara oxunarplötunnar er spurningin ekki hvort oxun eigi sér stað, heldur þróun þess oxíðs með tímanum. Þunnt stöðugt oxíðlag getur bætt hitageislunareiginleika lítillega. Hins vegar getur þykkt og óstöðugt oxíðkvarði á endanum komið í veg fyrir vélrænni og varmaheilleika hitadreifingaryfirborðsins.

Af hverju að nota kopar sem hitadreifara?
Kopar er enn eitt besta verkfræðiefnið til varmadreifingar vegna mjög mikillar varmaleiðni.

Hefðbundin fríðindi eru meðal annars:

Hliðarvarmaflutningur hraður

Lægri hitastig.

Betri einsleitni yfirborðs plötunnar

Hratt hitasvörun.

Auðvelt að véla

Margar iðnaðarhitunarplötur eru með koparlagi sem er tengt undir ál-, stál- eða keramikvinnuflötum til að dreifa staðbundnu hitaframlagi jafnt yfir plötusvæðið.

En hitauppstreymi kopars er á móti vel-þvingun, oxun í lofti við háan hita.

Fyrstu skrefin í koparoxun.
Þegar kopar verður fyrir hita og súrefni myndar hann oxíðsambönd á yfirborði þess.

Helstu oxíðin eru:

Cu2O (kupróoxíð)

Koparoxíð (CuO)

Þunnt oxíðlag
Oxíðlagið er viðvarandi í fyrstu:

Ofur þunnt

Fylgstu þétt

Frekar stöðugt

Sama yfir yfirborðinu

Oxunarferlið á þessu stigi er venjulega hægt og fyrirsjáanlegt.

Oxíð teppið er vinur í fyrstu, en getur verið sviksamur óvinur sem flögnar ef það er látið hlaupa út í sandinn.

Hvernig þunn oxíðlög hafa áhrif á hitauppstreymi
Reyndar er hægt að fá minniháttar hitauppstreymi frá fyrsta oxunarstigi.

Hærri yfirborðsgeislun
Nýr málmur kopar hefur tiltölulega lága losun sem þýðir að hann geislar ekki líka hitaorku.

Losunarmagn koparoxíðs yfirborðs er miklu meira. Þegar oxíðfilman eykst:

Skilvirkni hitageislunar batnar

Geislunarhitaflutningur verður aðeins betri

Yfirborðshitaskipti eru skilvirkari

Þessi meiri losun getur haft lítil áhrif á hitaflutning milli kopardreifarans og nærliggjandi burðarhluta innan hitaplötusamstæðu.

Leiðni er ríkjandi hitaflutningsaðferðin í flestum plötum, þó að við hækkað hitastig verði geislunarframlagið meira og meira mikilvægt.

Smá en raunverulegur ávinningur
Áhrifin eru yfirleitt lítil frekar en mikil, en hægt er að mæla þau í -langtíma hitakerfi.

Í sumum forritum getur tilvist stöðugrar oxíðhlífar jafnvel bætt hitauppstreymi einsleitni með því að hvetja til skilvirkari innrauðra orkuskipta inni í lokuðum plötuholum.

Hvers vegna mikil oxun er hættuleg
Vandamálið kemur upp þegar oxun heldur áfram fram yfir framleiðslu á þunnri viðloðun lag.

Hraði oxunar eykst með hitastigi.
Koparoxun er ekki línuleg á móti hitastigi. Þess í stað eykst svarhlutfall veldisvísis með hækkandi rekstrarhita.

Við hærra hitastig:

Oxíðlög aukast hraðar

Hækkun á kvarðaþykkt

stöðugleiki í uppbyggingu versnar

Eykur hitauppstreymi á hjólreiðum

Þeim er einnig hraðað enn frekar með langtíma-útsetningu.

Þróun á þykkum oxíðkvarða
Með oxun þróast yfirborðið:

Oxíðkvarðinn er viðkvæmur.

ójöfn vaxtarsvæði

Viðmót gróft

Streitustyrkur í staðbundnum

This thicker scale is mechanically unstable compared to the thin starting oxide coating.

Ósamræmi í sundrun og hitaþenslu
Eitt af mikilvægari langtímavandamálum-er er munurinn á hitaþenslueiginleikum milli kopar- og oxíðlagsins.

Mismunandi stækkun
Þegar það er hitað og kælt þenst koparoxíð út og minnkar með öðrum hraða en undirliggjandi koparhvarfefni.

Endurtekin varmahjólreiðar framleiðir:

Byggja upp spennu á milli andlits

Sprungur í mælikvarða litlar

Framsækin delamination

Skipting yfirborðs

Að lokum geta hlutar oxíðlagsins losnað alveg frá grunnmálmnum.

Loftgap og hitaþol
Losun á oxíðflögum getur valdið smásæjum tómum eða loftbilum á milli tengdra hitalaga.

Þessar eyður valda fjölda vandamála:

Lægri hitaleiðni

Staðbundin einangrunarsvæði

Ójöfn hitadreifing

Heitir blettir á yfirborðinu

Hitaóstöðugleiki

Jafnvel litlar eyður geta truflað hitauppstreymi mikið. Loft sem hreyfist ekki er mjög lélegur hitaleiðari.

Í nákvæmni plötukerfum geta þessar staðbundnar truflanir haft áhrif á einsleitni ferlis og nákvæmni hitastigs.

Vélrænar afleiðingar oxíðmyndunar
Koparoxíð er töluvert harðara en koparmálmur.

Slípiefni eiginleikar
Lausar oxíðagnir geta virkað sem slípiefni við þétt tengdar eða vélrænt hlaðnar snertingar.

Hugsanleg áhrif eru:

Slitast í liðum sem renna

Að klóra yfirborðið

Eyðing bindilags

Aukin mengun svifryks

Þess vegna gæti oxíðrusl valdið hitauppstreymi og vélrænni áreiðanleikavandamálum fyrir viðkvæman hitavinnslubúnað.

Oxunarstýringarhönnunaraðferðir
Langtímaáreiðanleiki plötunnar er mjög viðkvæmur fyrir ó-stýrðri oxíðmyndun.

Álhlíf
Dæmigerð aðferð er að steypa eða líma kopardreifarann ​​inni í álplötu.

Þessi aðferð:

Dregur úr snertingu við súrefni

Viðmót stöðugt

Hægir á oxunarhraða

Bætir vélrænni aðstoð

Oxun innsiglaðs koparlags er mun hægari en óvarins yfirborðs.

Notkun koparblendi sem þola oxun
Sumar koparblöndur við háan hita hafa betri mótstöðu gegn keilu og hitauppstreymi.

Þessar málmblöndur geta innihaldið þætti eins og:

Króm

Sirkon

Nikkel

Silfur.

Rétt val á álfelgur getur aukið langtímastöðugleika viðmótsins til muna.

Rekstur stjórnaðs andrúmslofts
Í sérstökum kerfum er einnig hægt að draga úr oxun með:

Óvirkt gas andrúmsloft

Að vinna í lofttæmi

Lág-súrefnisvinnsluhólf

Þessar aðstæður takmarka mjög þróun oxíða almennt.

Langtímaáreiðanleikasjónarmið
Áhrif oxunar á frammistöðu plötunnar eru smám saman og uppsöfnuð, ekki strax.

Snemma stigs oxun getur verið góðkynja í mörg ár en stigvaxandi myndun hleðslu mun að lokum leiða til áberandi skaða.

Viðvörunarvísar geta verið:

Vaxandi varmaójafnvægi

Hæg upphitunarhegðun

Heitir blettir sem eru viðvarandi

Minni hitauppstreymi

Breyting á yfirborðshita

Niðurbrot er hægt og gæti ekki komið fram fyrr en frammistöðumörkum er náð.

Samantekt
Náttúruleg öldrun háhitaplötukerfa felur í sér seinkun á oxun koparhitadreifara. Sköpun þunnra Cu2O og CuO filma á fyrstu stigum getur bætt varmageislunarhegðun lítillega með því að auka yfirborðsgeislun. Þannig getur þetta varanlega oxíðlag veitt smá hitauppstreymi frekar en strax ókost.

Vandamálið á sér stað þegar oxun heldur áfram til framleiðslu á þykkum, brothættum mælikvarða. Munurinn á varmaþenslu milli kopars og oxíðlags hans getur að lokum valdið sprungum, spenningum og aflögun. Þegar einangrandi loftgap eru til staðar á bundnu yfirborði, minnkar virkni hitadreifingar hratt og staðbundnir heitir blettir geta myndast.

Langtímaáreiðanleiki veltur þar af leiðandi á stjórnun á oxun með snjöllri verkfræðihönnun sem inniheldur lokuð tengi, hlífðarumhjúpun og oxunarþolin koparblendi. Markmiðið er ekki nauðsynlegt til að koma í veg fyrir oxíðmyndun með öllu, heldur til að tryggja að oxíðið sé þunnt, stöðugt og gagnlegt, frekar en þykkt, óstöðugt og hitatruflulegt.

Í háþróuðum varmakerfum byggir skilvirkasta hitastjórnunin að lokum á viðmótum sem eru vélrænt og varmafræðilega stöðugt eftir margra ára samfellda notkun.