Vask on klassikaline metall soojuse levitamiseks, kuid see on raske ja selle juhtivust, kuigi tugev, piirab siiski metalliliste elektronide transport ja massitihedus. Pürolüütiline grafiitleht (PGS) on kõrgelt konstrueeritud materjal: õhuke, painduv tumehall kile, mis käitub käsitsemisel peaaegu nagu polümeer, kuid juhib soojust piki oma tasapinda kiiremini kui paljud metallid. Soojusjaotuse kihina kuumutusplaadil võib see ultra-kerge kile külgmise termilise difusiooni korral ületada vaske, võimaldades äärmiselt ühtlast pinnatemperatuuri minimaalse lisamassiga.
Tasapinnaline termiline difusioon-: PGS versus vask
PGS on sünteetiline, kõrge orientatsiooniga grafiitkile, mis on toodetud polümeeri lähteainete pürolüüsi ja grafitimise teel. Selle struktuur koosneb joondatud grafeenist{1}}taolistest tasapindadest, mis põhjustavad termilise transpordi äärmist anisotroopiat.
Tüüpilised soojusjuhtivuse väärtused rõhutavad erinevust:
Pürolüütiline grafiitleht (-tasapinnal):~1000 W/m·K
Vask:~400 W/m·K
Tulemuseks on PGS-i{0}}tasapinnalise soojusjuhtivuse märkimisväärselt kõrgem, mis tähendab otse paremat soojusdifusiooni läbi õhukese pinnakihi. Plaadirakendustes võimaldab see manustatud elementide lokaalset kuumutamist kiiresti laiale alale ümber jaotada, vähendades kuumi kohti ja parandades temperatuuri ühtlust.
TerminPGS vs vasksoojusjaoturi plaadi difusioonkasutatakse sageli täiustatud termilise disaini aruteludes, et kirjeldada seda külgsuunalise soojuse leviku kiiruse lünka.
Termilise difusiooni käitumine plaadisüsteemides
Termiline difusioon määrab, kui kiiresti materjal reageerib temperatuurigradientidele. Praktilises plaadikujunduses määrab see, kui kiiresti soojussisend kogu pinna ulatuses ühtlustatakse.
PGS-il on äärmiselt kõrge{0}}tasapinna hajuvus, kuna selles on kombineeritud:
Kõrge{0}}tasapinnaline juhtivus (~1000 W/m·K)
Väga madal tihedus
Õhuke{0}}ristlõike geomeetria (sageli<0.1 mm)
PGS on{0}}õhuke ülikiire termiline kiirtee, mis levitab soojust külgsuunas kiirusega, millele vask suudab läheneda ainult palju paksemates ja raskemates lõikudes.
Kuigi vask on soojusjuhtiv, vajab see sarnase levimisvõime saavutamiseks oluliselt rohkem paksust, mis suurendab soojusmassi ja aeglustab mööduvat reaktsiooni.
Anisotroopia: PGS-i määrav omadus
Pürolüütilise grafiitlehe kriitiline omadus on selle anisotroopsus:
Tasapinnaline soojusjuhtivus-: ~1000 W/m·K
Läbi-tasapinnaline soojusjuhtivus: ~5–10 W/m·K
See tähendab, et soojus liigub äärmiselt tõhusalt külgsuunas, kuid väga halvasti läbi materjali paksuse. Plaadikoostudes on see käitumine kasulik, kui PGS-i kasutatakse rangelt külgmise soojusjaotuse kihina kuumutuselemendi ja plaadi pinna vahel.
Oma struktuuri tõttu ei toimi PGS mitte soojusjuhtiva soojusjuhina, vaid suunava soojuse tasanduskihina.
Integreerimine soojendusega plaadi kujundusse
Praktilistes rakendustes paigaldatakse PGS tavaliselt järgmiselt:
Õhuke liidesekiht, mis kasutab survetundlikku{0}}liimi
Kinnitatud liidesekile küttekeha ja plaadi esikülje vahel
Konformne leht, mis on integreeritud mitmetsoonilistesse{0}}küttesõlmedesse
Selle tühine paksus ja mass vähendavad süsteemi termilist inertsi. See võimaldab:
Kiiremad kütmisajad-
Täiustatud tsükli -to-soojusreaktsioon
Vähendatud lokaalsed termilised gradiendid
Õhukeste plaatide geomeetriate täiustatud ühtlus
Vask seevastu lisab märkimisväärse massi ja võib oma suurema mahulise soojusmahtuvuse tõttu aeglustada mööduvat reaktsiooni.
Kompromiss{0}}ja disainikaalutlused
Vaatamata oma eelistele on PGS spetsiaalne materjal, millel on mitmeid piiranguid:
Kõrge materjalikulu võrreldes vasega
Käsitsemise haprus õhukese{0}}kile struktuuri tõttu
Madal läbi{0}}tasapinnaline juhtivus, mis piirab hulgisoojuse transporti
Nõue monteerimisel hoolika mehaanilise toe järele
Selle tulemusel jääb vask konstruktsiooni soojust levitavates rollides tavaliseks, samas kui PGS on valitud suure jõudlusega -pinna ühtluskihtide jaoks täppissoojussüsteemides.
Järeldus
Pürolüütiline grafiitleht kujutab endast täiustatud, ülikerget, ülikerget termilist laotamislahendust, millel on erakordne-tasapinnaline hajuvus, mis ületab õhukeste plaatide süsteemide külgmise soojusjaotuse osas vaske. Selle anisotroopne struktuur võimaldab pinnatemperatuuri kiiresti ühtlustada, minimeerides samal ajal soojusmassi ja reaktsiooniaega.
Seetõttu peetakse pürolüütilist grafiitlehte järgmise-põlvkonna soojusjaoturiks suure jõudlusega-plaatide jaoks, kus kiirus ja ühtlus on kriitilise tähtsusega. Kõige tõhusam soojusjaotur on see, mis liigutab soojust külgsuunas peaaegu koheselt ja selles valdkonnas loob PGS selge eelise traditsiooniliste vase{3}}põhiste lahenduste ees.
