Varis yra klasikinis metalas šilumai skleisti, tačiau jis yra sunkus, o jo laidumas, nors ir stiprus, vis dar ribojamas dėl metalo elektronų pernešimo ir masės tankio. Pirolitinis grafito lakštas (PGS) yra labai sukurta medžiaga: plona, lanksti, tamsiai pilka plėvelė, kuri elgiasi beveik kaip polimeras, tačiau praleidžia šilumą savo plokštumoje greičiau nei daugelis metalų. Ši itin{2}}lengva plėvelė, kaip šilumos paskirstymo sluoksnis kaitinimo plokštėje, gali pralenkti varį šoninėje šiluminėje difuzijoje, todėl paviršiaus temperatūra yra itin vienoda su minimalia pridėtine mase.
Plokštuminė šiluminė difuzija-: PGS ir varis
PGS yra sintetinė, labai orientuota grafito plėvelė, pagaminta pirolizės ir polimero pirmtakų grafitinimo būdu. Jo struktūrą sudaro išlygintos grafeną{1}}kaip plokštumos, dėl kurių šiluminis transportas sukelia ypatingą anizotropiją.
Įprastos šilumos laidumo vertės pabrėžia skirtumą:
Pirolitinis grafito lapas (-plokštumoje):~1000 W/m·K
Varis:~400 W/m·K
Rezultatas yra žymiai didesnis PGS plokštuminis Naudojant plokštes, tai leidžia vietinį šildymą iš įterptųjų elementų greitai perskirstyti dideliame plote, sumažinant karštus taškus ir pagerinant temperatūros vienodumą.
TerminasPGS vs vario šilumos sklaidytuvo plokštės difuziškumasdažnai naudojamas pažangiosiose šiluminio projektavimo diskusijose, apibūdinant šį šoninio šilumos plitimo greičio skirtumą.
Šiluminės difuzijos elgsena plokščių sistemose
Šiluminis difuziškumas lemia, kaip greitai medžiaga reaguoja į temperatūros gradientus. Praktinėje plokštės konstrukcijoje tai lemia, kaip greitai išlyginamas šilumos srautas visame paviršiuje.
PGS pasižymi itin dideliu{0}}plokštumos difuziškumu dėl:
Didelis -plokštumos laidumas (~1000 W/m·K)
Labai mažas tankis
Plona skerspjūvio{0}}geometrija (dažnai<0.1 mm)
PGS yra šnabždesys-plonas, ypač-greitas terminis greitkelis, skleidžiantis šilumą į šonus tokiu greičiu, kuriuo varis gali priartėti tik daug storesnėse ir sunkesnėse atkarpose.
Varis, nors ir laidus šilumai, reikalauja žymiai didesnio storio, kad būtų pasiektas panašus sklaidos efektyvumas, o tai padidina šiluminę masę ir sulėtina trumpalaikį atsaką.
Anizotropija: pagrindinė PGS savybė
Svarbus pirolitinio grafito lakšto bruožas yra jo anizotropija:
Plokštumos šilumos laidumas-: ~1000 W/m·K
Plokštumos šilumos laidumas-: ~5–10 W/m·K
Tai reiškia, kad šiluma itin efektyviai juda į šonus, bet labai prastai per medžiagos storį. Plokščių sąrankose toks elgesys yra naudingas, kai PGS naudojamas tik kaip šoninis šilumos paskirstymo sluoksnis tarp kaitinimo elemento ir plokštelės paviršiaus.
Dėl savo struktūros PGS veikia ne kaip tūrinis šilumos laidininkas, o kaip krypties šilumos išlyginimo sluoksnis.
Integracija į šildomų plokščių dizainą
Praktikoje PGS paprastai įrengiamas kaip:
Plonas suklijuotas sąsajos sluoksnis, naudojant slėgiui{0}}jautrius klijus
Suspausta sąsajos plėvelė tarp šildytuvo ir plokštelės paviršiaus
Konforminis lakštas, integruotas į kelių zonų šildymo įrenginius
Nereikšmingas jo storis ir masė sumažina sistemos šiluminę inerciją. Tai leidžia:
Greitesnis{0}}kaitimas
Patobulinta ciklo -į-ciklo šiluminė reakcija
Sumažinti vietiniai šiluminiai gradientai
Pagerintas plonų plokščių geometrijų vienodumas
Priešingai, varis prideda didelę masę ir gali sulėtinti trumpalaikį atsaką dėl didesnio tūrinio šiluminio pajėgumo.
Kompromisai-ir dizaino svarstymai
Nepaisant pranašumų, PGS yra specializuota medžiaga, turinti keletą apribojimų:
Didelė medžiagų kaina, palyginti su variu
Trapumas tvarkant dėl plonos{0}} plėvelės struktūros
Žemas{0}}plokštuminis laidumas, ribojantis birios šilumos pernešimą
Surinkimo metu reikalaujama kruopštaus mechaninio palaikymo
Dėl to varis išlieka įprastas konstrukcinėse šilumos sklaidos funkcijose, o PGS pasirenkamas didelio našumo{0}}paviršiaus vienodumo sluoksniams tiksliose šiluminėse sistemose.
Išvada
Pirolitinis grafito lakštas – tai pažangus, itin-lengvas terminio pasklidimo sprendimas, pasižymintis išskirtiniu-plokštuminiu difuzija, pranokstančiu varį pagal šoninį šilumos pasiskirstymą plonoms plokščių sistemoms. Jo anizotropinė struktūra leidžia greitai išlyginti paviršiaus temperatūrą, tuo pačiu sumažinant šiluminę masę ir reakcijos laiką.
Todėl pirolitinis grafito lakštas laikomas naujos-kartos šilumos sklaidytuvu, skirtu didelio našumo-plokštelėms, kur greitis ir vienodumas yra labai svarbūs. Veiksmingiausias šilumos skirstytuvas yra tas, kuris beveik akimirksniu perkelia šilumą į šoną, o šioje srityje PGS suteikia aiškų pranašumą prieš tradicinius vario{3}} sprendimus.
