Hvert er hlutverk kopars sem hitadreifingarlags í fjöl-efnishitunarplötum?

Hylkishitarar eru aðskildir hitaeiningar. Hver þáttur skapar heitt svæði rétt fyrir ofan það. Þessir heitu reitir geta valdið greinanlegum hitamun um allt vinnuflötinn í þykkri ál- eða stálplötu. Innan við plötuna er koparlag sem virkar sem hitadreifir og jafnar þessa halla. Fjöl-efnisarkitektúrinn notar framúrskarandi hitaleiðni kopars til að skapa meiri hitastig einsleitni þar sem stakar málmplötur skortir.

Thermal Challenge: stakir hitarar kynna heita reiti
Flestar iðnaðarhitaplötur eru búnar aðskildum hitagjöfum eins og skothylkihitara, pípulaga einingar eða innsteypta -viðnámsvíra. Þessar uppsprettur skila hita sem er einbeitt á litlu svæði. Í einsleitri plötu úr áli eða stáli dreifist varmi aðallega með innri hitaleiðni málmsins. Hins vegar, ef bil hitara er of stórt eða plötuþykktin er ófullnægjandi, er yfirborðið beint fyrir ofan hvern hitara verulega heitara en svæðin á milli ofnanna. Þetta ósamræmi hitastig gæti leitt til:

Óregluleg eða óæðri vörugæði í lagskiptum, pressun eða þéttingu.

Staðbundin hitun efnisins í snertingu við plötuna

Ójöfn herðing eða binding sem leiðir til lækkaðs ferlis.

Til að forðast þetta vandamál án þess að auka bil hitara (sem eykur kostnað og flókið) er hægt að bæta við háu-leiðnilagi til að dreifa hita til hliðar áður en hann nær vinnuyfirborðinu.

Yfirburða hitaleiðni kopar
Kopar hefur hæstu hitaleiðni allra vinsælustu verkfræðimálma. Hrein koparblendi eins og C11000 hefur gildi um 400 vött á metra á kelvin (W/mK). Sem leiðarvísir:

Hitaleiðni efnis (W/m·K) miðað við kopar Kopar (hreint) ~400 1× (grunnlína)
Ál (6061-T6) ~167 ~0.42× Stál (kolefnislítið) ~45 – 50 ~0.12× Ryðfrítt stál (304) ~16 ~0.04×
Kopar er góður varmaleiðari, hann leiðir varma um tvöfalt betur en ál og yfir 20 sinnum betur en ryðfríu stáli. Þessi eiginleiki gerir kopar að frábæru efni til að dreifa varma til hliðar- og flytja orku frá heita reitnum beint fyrir ofan hitara og flytja hana á kaldari staði.

Hvernig koparhitadreifaralag virkar
Þegar kemur að fjöl-upphitunarplötum, felur koparhitadreifarhitunarplötubyggingin venjulega í sér þunnt lag af kopar (almennt 2–10 mm þykkt) sem er staðsett á milli stakra hitunargjafanna og vinnuflötsins. Hitaeiningarnar eru felldar inn í eða festar við grunnlag (sem getur verið ál, stál eða annað burðarefni). Koparlagið er þakið toppplötu (venjulega ryðfríu stáli eða áli) sem endanlegt vinnuflöt.

Fyrirkomulagið er einfalt:

Á einhverjum tímapunkti mun hitinn sem myndast af rörlykjuhitara leiða til koparlagsins.

Koparinn hefur mjög mikla hitaleiðni til hliðar, þannig dreifist hitinn lárétt hratt í gegnum koparinn áður en hann fer lóðrétt á vinnuflötinn.

Nokkur varmi er fluttur til hliðar þannig að hitastigið beint fyrir ofan hitara lækkar.

Sú hliðardreifing gefur dölunum á milli hitara smá aukahita sem hækkar hitastig þeirra.

Niðurstaðan er jafnari hitadreifing um allt vinnuflötinn. Í vel-hönnuðum kopardreifaplötum er hægt að minnka hitamun á heitasta punktinum (yfir hitara) og svalasta punktinn (miðja vegu milli hitara) um 50-80% samanborið við einlita álplötu af sömu þykkt og hitarabili.

Hagnýt útfærsla: Tengja kopar við aðra málma
Samþætting koparlags í fjöl-efnishitunarplötu krefst öflugs ferlis til að festa kopar við nærliggjandi lög (venjulega ál eða stál). Nokkrar aðferðir eru notaðar:

Lóðun - Kopar og ál eða kopar og stál eru sameinuð með lóðun með sérstökum fyllimálmum. Þetta veitir samfellda málmtengingu með lágu hitauppstreymi. Lóðun þarf hins vegar háan hita og vandlega stjórnun á misræmi í varmaþenslu.

Sprengitenging (klæðning) - Þunn koparplata er tengt með sprengiefni við burðarplötu úr þykkara efni (stáli eða áli). Klædda platan sem myndast er málmfræðilega tengd með viðnám milli yfirborðs næstum engu. Sprengitenging er hagkvæm fyrir stóra plötur en krefst sérstakrar aðstöðu.

Vélræn festing með hitauppstreymisefni Koparplötu er klemmd eða boltuð við grunnplötuna. Hitaleiðandi líma eða púði (td grafít eða sílikon byggt efni) fyllir smásjá eyðurnar. Þetta er einfaldari leið en það bætir við viðbótar hitauppstreymi við viðmótið.

Steypa - Þetta felur í sér að setja koparinnlegg í mót og steypa ál utan um þau. Þegar storknunin á sér stað, minnkar álið á koparinn til að mynda vélrænan og varma tengil. Þetta er eðlilegt með sérsniðnum plötum.

Það er mikilvægt að gera sér grein fyrir því að tengslin milli koparsins og nágrannamálmsins verða að þola endurteknar hitahringrásir án aflögunar eða tómamyndunar. Léleg tenging leiðir til loftgaps, hitaeinangrunarefnis, sem dregur úr ávinningi koparlagsins.

Viðskipti-: Kostnaður, þyngd og hitauppstreymi
Að bæta við hitadreifingarlagi úr kopar felur í sér fjölda skipta-sem þarf að vera í jafnvægi við nauðsynlega einsleitni hitastigs.

Kostnaður - Kopar er töluvert dýrari en ál á hvert kíló. Efniskostnaður og flækjustig eykst (bindingarferli) með 5 mm koparlagi. Aukinn kostnaður er oft réttlætanlegur í notkun með mikilli nákvæmni þar sem einsleitni skiptir sköpum.

Þyngd - Eðlismassi kopars er um það bil 8,96 g/cm 3 á móti 2,70 g/cm 3 fyrir ál og 7,85 g/cm 3 fyrir stál. Koparhúðin eykur mikla þyngd. Þetta gæti þurft sterkari stýribúnað eða stuðningskerfi til að færa plötur eða lóðrétt stillta hitara.

Misræmi í hitaþenslu. Kopar hefur hitastækkunarstuðul (CTE) um það bil 17×10⁻⁶/gráðu á meðan ál þenst út við 23×10⁻⁶/gráðu og stál við 12×10⁻⁶/gráðu. Mismunandi stækkun við hitunar- og kælingarlotur veldur skurðálagi á viðmótinu þegar það er tengt saman. Bindingarnar gætu orðið þreyttar eða slitnað við endurteknar hjólreiðar. Hönnun verður að vega upp á móti slíku misræmi með hagræðingu lagþykktar, samhæfum bindiefnum eða sundurliðuðum koparlögum.

Forrit þar sem kopardreifarar Excel
Í hitaupphitun með mikilli nákvæmni er koparhitadreifingarlag dýrmætast þegar:

Hitabil þarf að vera stórt - til dæmis í mjög stórum plötum þegar það er of dýrt eða vélrænt flókið að bæta við fleiri hylkishitara.

Einsleitni vinnuyfirborðshita: ±1 gráðu eða betri. Slík þröng vikmörk eru nauðsynleg í hálfleiðaravinnslu, framleiðslu lækningatækja eða sjónlaminering.

Hröð upphitunar- og kælingahringur - Sterk dreifing kopars hjálpar plötunni að bregðast hratt við breytingum á settpunkti, minnkar yfir- og undirskot.

Vinnuflöturinn er ryðfríu stáli - Ryðfrítt stál er slæmur hitadreifari vegna lítillar leiðni (16 W/m·K). Ryðfrítt stályfirborðið er stutt af koparlagi sem eykur einsleitni til muna, án þess að fórna slit- og tæringarþol stálsins.

Hins vegar getur verið að notkun með þétt settum hitara, lágum einsleitnikröfum eða mikilli kostnaðarnæmni þurfi ekki koparlag. Ef hann er rétt hönnuð getur álplata af fullnægjandi þykkt oft veitt viðeigandi einsleitni án þess að auka flókið.

Hönnunardæmi: Dæmigerð kopardreifarafyrirkomulag
Dæmigerð fjöl-efnisplötusamsetning frá botni og upp er:

Grunnlag (byggingar) - Ál eða stál, 15-30 mm þykkt, borað fyrir hitahylki.

Kopardreifingarlag - Hreint kopar, 3–8 mm þykkt, fest við grunnlagið.

Vinnuflöturslag - 5-10 mm þykkt ryðfríu stáli (slitþol) eða ál (lítil þyngd) tengt kopar.

Koparlagið er eins nálægt hitagjafanum og mögulegt er til að leyfa hámarks dreifingu til hliðar áður en hitinn nær endanlegu vinnuyfirborði. Finite element analysis (FEA) er venjulega notuð til að hámarka koparþykkt og staðsetningu hitara.

Ályktun: Góð lausn fyrir betri hitajafnvægi
Kopar hitadreifingarlag er áhrifarík verkfræðileg aðferð til að átta sig á betri hita einsleitni plötum með aðskildum hitabúnaði. Kopar er um það bil tvöfalt varmaleiðandi en ál og yfir 20 sinnum leiðandi en ryðfríu stáli, með hitaleiðni upp á um 400 W/m·K, sem gerir skjóta hliðarhitadreifingu kleift að draga úr heitum blettum og fylla varmadali yfir vinnuflötinn.

Kopar hefur hindranir í kostnaði, þyngd og hitauppstreymi, en býður upp á verulegan ávinning í há-nákvæmni forritum. Hægt er að ná áreiðanlegri samþættingu í fjöl-efnisplötur með tengingaraðferðum eins og lóða, sprengiefnisklæðningu eða vélrænni klemmu með hitauppstreymisefnum. Efnis- og hönnunarval er ráðist af þörfinni fyrir varma einsleitni; í forritum sem krefjast mikillar einsleitni er hitadreifingarlag úr kopar sannað, tæknilega traust nálgun.