Tahke vask on termiline supermaantee, kuid kuumutamisel paisub see nagu kontsertiin. Täpsel mitmekihilisel-plaadil võib see laiendus selle naaberkeraamilistest või ränikomponentidest lahti rebida. Vask-volfram (CuW) on konstrueeritud komposiit, mis taltsutab seda metsikut soojuspaisumist, põimides pehmesse juhtivasse vase sisse jäigad, madala -paisumisega volframiosakesed. Selle mõõtmete stabiilsuse eest makstakse materjali kiire soojuse levitamise võime mõningase vähenemise tõttu.
Termilise difusiooni põhialused
Termiline difusioon, kiirus, millega soojus levib läbi materjali, on plaadi disaini kriitiline mõõdik. Puhtal vasel on väga kõrge termiline difusioon, umbes 115 mm²/s, mis muudab selle erakordselt kiireks soojuse jaotamisel. CuW-komposiidis, mille volframi ruumala on tavaliselt 20–40%, on difusioon proportsionaalselt madalam -võib-olla 70–90 mm²/s-, kuna volfram juhib soojust vähem tõhusalt kui vask ja suurendab komposiidi massi.
Volfram toimib termilise ja mehaanilise ankruna, aeglustades vase metsikut paisumist ja veidi summutades selle termilist spurti, säilitades samal ajal piisava juhtivuse tõhusaks soojuse levikuks.
Soojuspaisumise ja mõõtmete harmoonia koefitsient
CuW-komposiidi peamine eelis seisneb selle häälestatavas soojuspaisumisteguris (CTE). CuW CTE saab konstrueerida vahemikus ~6,5 kuni ~9,0 × 10⁻⁶/kraadi, võrreldes puhta vasega ~17 ×10⁻⁶/kraadi kohta. See kohandatud laienemine võimaldab komposiitplaadil täpselt ühtida õrnade komponentide, nagu räniplaadid või keraamilised substraadid, CTE-ga.
Tootmine toimub tavaliselt poorse volframkarkassi imbumise teel sula vasega, luues metallurgilise sideme, mis ühendab vase soojusjuhtivuse volframi mõõtmete stabiilsusega. Seetõttu on komposiit suure võimsusega-pooljuhtsoojusjaoturite ja teatud spetsiaalsete kütteplaatide jaoks valitud materjal, mille puhul täiuslik CTE sobitamine ei ole-vaikeldav. Insenerid vahetavad osa vase termosprintist absoluutse mõõtmete harmoonia nimel.
CuW komposiit vs vaskplaadi termiline difusioon
CuW komposiidi ja vaskplaadi termilise difusiooni võrdlus näitab klassikalist metallurgilist kompromissi:
Tahke vask:Kõrge termiline difusioon (~115 mm²/s), kõrge CTE (~17 × 10⁻⁶/kraad), kiire kuumuse levik, halb mõõtmete sobivus keraamika ja räniga.
CuW komposiit:Mõõdukas termiline difusioon (~70–90 mm²/s), madal ja kohandatav CTE (~6,5–9,0 × 10⁻⁶/kraad), veidi aeglasem soojuse levik, suurepärane mõõtmete sobivus tundlike materjalidega.
Volframisisaldus toimib nii termilise kui ka mehaanilise stabilisaatorina, tagades, et plaat püsib tasasel ja prognoositaval kõrgel -temperatuuril, pakkudes samas piisavat soojuslikku jõudlust nõudlike rakenduste jaoks.
Järeldus
CuW komposiitplaat on metallurgilise kompromissi meistriteos. See ohverdab osa vase kiirest termilisest difusioonist, et saavutada volframi järeleandmatu mõõtmete stabiilsus, luues harmoonilise termilise platvormi tundlikele aluspindadele. Täppiskuumutusrakenduste puhul ei ole parim jõudlus alati seotud maksimaalse kiirusega,{2}}vaid see, et see sobiks ideaalselt töödeldava detaili termiliste ja mehaaniliste nõuetega.
