Koks yra vario, kaip šilumą paskleidusio sluoksnio, vaidmenį kelių medžiagų šildymo plokštėse?

Kasetiniai šildytuvai yra atskiri šildymo elementai. Kiekvienas elementas sukuria karštą sritį tiesiai virš jo. Šios karštosios vietos gali sukelti aptinkamus temperatūrų skirtumus visame darbiniame paviršiuje storoje aliuminio arba plieno plokštėje. Plokštėje yra vario sluoksnis, kuris veikia kaip šilumos difuzorius, išlyginantis šiuos gradientus. Daugia-medžiagų architektūra naudoja puikų vario šilumos laidumą, kad būtų užtikrinta vienoda temperatūra ten, kur pavienės metalinės plokštės nutrūksta.

Šiluminis iššūkis: atskiri šildytuvai sukuria karštus taškus
Daugumoje pramoninių šildymo plokščių yra atskiri šilumos šaltiniai, pvz., kasetiniai šildytuvai, vamzdiniai elementai arba įlieti -priešiniai laidai. Šie šaltiniai tiekia šilumą, sutelktą mažame regione. Homogeninėje aliuminio arba plieno plokštėje šiluma sklinda daugiausia per vidinį metalo šilumos laidumą. Tačiau jei atstumas tarp šildytuvų yra per didelis arba plokštės storis yra nepakankamas, paviršius tiesiai virš kiekvieno šildytuvo yra daug karštesnis nei plotai tarp šildytuvų. Šis nenuoseklus temperatūros profilis gali sukelti:

Netaisyklingos arba prastesnės gaminio kokybės laminavimo, presavimo ar sandarinimo procedūrose.

Lokalus medžiagos, besiliečiančios su plokšte, kaitinimas

Netolygus kietėjimas arba sukibimas, dėl kurio sumažėja proceso išeiga.

Norint išvengti šios problemos nedidinant šildytuvo atstumo (dėl to padidėja sąnaudos ir sudėtingumas), galima pridėti didelio{0}}laidumo sluoksnį, kuris išsklaido šilumą į šoną prieš jai pasiekiant darbinį paviršių.

Puikus vario šilumos laidumas
Varis turi didžiausią šilumos laidumą iš visų populiarių inžinerinių metalų. Gryno vario lydinių, tokių kaip C11000, vertė yra apie 400 vatų vienam metrui vienam kelvinui (W/mK). Kaip vadovas:

Medžiagos šilumos laidumas (W/m·K) vario atžvilgiu Varis (grynas) ~400 1× (bazinis)
Aliuminis (6061-T6) ~167 ~0,42× Plienas (mažai anglies) ~45 – 50 ~0,12× Nerūdijantis plienas (304) ~16 ~0,04×
Varis yra geras šilumos laidininkas, jis praleidžia šilumą maždaug dvigubai geriau nei aliuminis ir daugiau nei 20 kartų geriau nei nerūdijantis plienas. Dėl šios savybės varis yra puiki medžiaga šoniniam šilumos sklaidai-pernešant energiją nuo karštos vietos tiesiai virš šildytuvo ir pernešant ją į vėsesnes vietas.

Kaip veikia vario šilumos skirstytuvo sluoksnis
Kalbant apie kelių medžiagų kaitinimo plokštes{0}}, vario šilumos skirstytuvo šildymo plokštės konstrukciją paprastai sudaro plonas vario sluoksnis (dažniausiai 2–10 mm storio), esantis tarp atskirų šildymo šaltinių ir darbinio paviršiaus. Šildymo elementai yra įmontuoti arba pritvirtinti prie pagrindo sluoksnio (kuris gali būti aliuminis, plienas ar kita konstrukcinė medžiaga). Vario sluoksnis yra padengtas viršutine plokšte (paprastai nerūdijančio plieno arba aliuminio), kaip galutinis darbinis paviršius.

Mechanizmas yra paprastas:

Tam tikru momentu kasetinio šildytuvo sukurta šiluma nutekės į vario sluoksnį.

Varis turi labai didelį šilumos laidumą iš šono, todėl šiluma greitai pasklinda per varį horizontaliai, kol ji vertikaliai patenka į darbinį paviršių.

Dalis šilumos nunešama į šonus, todėl temperatūra tiesiai virš šildytuvo sumažėja.

Ši šoninė dispersija suteikia slėniams tarp šildytuvų papildomos šilumos, kuri padidina jų temperatūrą.

Rezultatas – tolygesnis temperatūros pasiskirstymas visame darbiniame paviršiuje. Gerai -suprojektuotose vario sklaidytuvų plokštėse temperatūros skirtumas tarp karščiausio taško (virš šildytuvo) ir vėsiausio taško (viduryje tarp šildytuvų) gali būti sumažintas 50–80 %, palyginti su tokio paties storio monolitine aliuminio plokšte ir šildytuvo atstumu.

Praktinis įgyvendinimas: vario sujungimas su kitais metalais
Norint integruoti vario sluoksnį į kelių medžiagų šildymo plokštę, reikalingas tvirtas vario prijungimo prie gretimų sluoksnių (dažniausiai aliuminio arba plieno) procesas. Naudojama keletas technikų:

Kietasis litavimas - Varis ir aliuminis arba varis ir plienas sujungiami litavimo būdu, naudojant tam tikrus užpildus. Tai užtikrina nuolatinį metalinį ryšį su maža šilumine varža. Tačiau litavimui reikalinga aukšta temperatūra ir kruopštus šiluminio plėtimosi neatitikimų valdymas.

Sprogstamasis klijavimas (apkala) - Plonas vario lakštas sprogstamu būdu sujungiamas su storesnės medžiagos (plieno arba aliuminio) atraminės plokštės. Gauta plakiruota plokštė yra metalurgiškai sujungta, o sąsajos atsparumas beveik nulinis. Sprogimo klijavimas yra ekonomiškas didelėms plokštėms, tačiau tam reikia specialių įrenginių.

Mechaninis tvirtinimas šiluminės sąsajos medžiaga Vario lakštas prispaudžiamas arba prisukamas varžtais prie pagrindo plokštės. Mikroskopinius tarpus užpildo šilumai laidži pasta arba padas (pvz., grafito arba silikono pagrindu pagaminta medžiaga). Tai paprastesnis būdas, tačiau jis sąsajoje padidina šiluminę varžą.

Liejimas - Tai apima varinių įdėklų įdėjimą į formą ir aliuminio liejimą aplink juos. Kai kietėja, aliuminis susitraukia ant vario, kad susidarytų mechaninė ir šiluminė jungtis. Tai normalu naudojant individualizuotos formos plokšteles.

Svarbu suprasti, kad ryšys tarp vario ir gretimo metalo turi ištverti pakartotinį temperatūros ciklą be delaminacijos ar tuštumų susidarymo. Dėl blogo sukibimo susidaro oro tarpas, šilumos izoliatorius, o tai paneigia vario sluoksnio naudą.

Kompromisai-: kaina, svoris ir šiluminė plėtra
Vario šilumos sklaidytuvo sluoksnio pridėjimas apima daugybę kompromisų{0}}, kuriuos reikia subalansuoti su reikiamu vienodumu temperatūra.

Kaina - Varis yra daug brangesnis už aliuminį už kilogramą. Naudojant 5 mm vario sluoksnį, padidėja medžiagų sąnaudos ir gamybos sudėtingumas (sujungimo procesai). Didesnės išlaidos dažnai pateisinamos naudojant didelio tikslumo taikymą, kai vienodumas yra labai svarbus.

Svoris - Vario tankis yra maždaug 8,96 g/cm 3, palyginti su 2,70 g/cm 3 aliuminio ir 7,85 g/cm 3 plieno. Vario danga prideda daug svorio. Tam gali prireikti stipresnių pavarų arba atraminių sistemų, skirtų judančioms plokštelėms arba vertikaliai orientuotiems šildytuvams.

Šiluminio plėtimosi neatitikimas. Vario šiluminio plėtimosi koeficientas (CTE) yra maždaug 17×10⁻⁶/laipsnis, o aliuminis plečiasi 23×10⁻⁶/laipsniu, o plieno – 12×10⁻⁶/laipsniu. Diferencialinis plėtimasis šildymo ir aušinimo ciklų metu sukelia šlyties įtempį sąsajoje, kai jos yra sujungtos. Pakartotinai važinėjant dviračiu, ryšiai gali pavargti arba išsisluoksniuoti. Projektuojant tokį neatitikimą turi būti kompensuojamas sluoksnio storio optimizavimas, reikalavimus atitinkančios klijavimo medžiagos arba segmentuoti vario sluoksniai.

Programos, kuriose vario barstytuvai Excel
Taikant didelio tikslumo šildymą, vario šilumos sklaidos sluoksnis yra vertingiausias, kai:

Atstumas tarp šildytuvų turi būti didelis -, pavyzdžiui, labai didelėse plokštelėse, kai pridėti daugiau kasečių šildytuvų yra per brangu arba mechaniškai sudėtinga.

Darbinio paviršiaus temperatūros vienodumas: ±1 laipsnis arba geresnis. Tokios griežtos leistinos nuokrypos būtinos puslaidininkių apdirbimo, medicinos prietaisų gamybos ar optinio laminavimo srityse.

Greiti šildymo ir vėsinimo ciklai - Stiprus vario difuziškumas padeda plokštei greitai reaguoti į nustatytosios vertės pokyčius, sumažinant viršijimą ir sumažinimą.

Darbinis paviršius yra nerūdijančio plieno - Nerūdijantis plienas yra blogas šilumos sklaidymas dėl mažo laidumo (16 W/m·K). Nerūdijančio plieno paviršius padengtas vario sluoksniu, kuris labai padidina vienodumą, neprarandant plieno atsparumo dilimui ir korozijai.

Tačiau naudojant glaudžiai išdėstytus šildytuvus, mažus vienodumo reikalavimus arba didelį jautrumą sąnaudoms, vario sluoksnio gali nebūti. Tinkamai suprojektuota tinkamo storio aliuminio plokštė dažnai gali užtikrinti tinkamą vienodumą be papildomo sudėtingumo.

Konstrukcijos pavyzdys: tipiškas vario barstytuvo išdėstymas
Įprastas kelių{0}}medžiagų plokščių surinkimas iš apačios į viršų yra:

Pagrindo sluoksnis (konstrukcinis) - Aliuminis arba plienas, 15-30 mm storio, gręžiamas kasetiniams šildytuvams.

Vario barstymo sluoksnis - Grynas varis, 3–8 mm storio, pritvirtintas prie pamato sluoksnio.

Darbinio paviršiaus sluoksnis - 5-10 mm storio nerūdijantis plienas (atsparus dilimui) arba aliuminis (mažas svoris), sujungtas su variu.

Vario sluoksnis yra kuo arčiau šilumos šaltinio, kad būtų galima maksimaliai sklisti į šoną, kol šiluma pasiekia galutinį darbinį paviršių. Baigtinių elementų analizė (FEA) paprastai naudojama siekiant optimizuoti vario storį ir šildytuvo vietą.

Išvada: geras sprendimas geresniam temperatūros vienodumui
Varinis šilumos paskirstymo sluoksnis yra efektyvus inžinerinis metodas, leidžiantis užtikrinti geresnį plokščių temperatūros homogeniškumą su atskirais šildymo įrenginiais. Varis yra maždaug dvigubai laidesnis šilumai nei aliuminis ir daugiau nei 20 kartų laidesnis nei nerūdijantis plienas, jo šilumos laidumas yra maždaug 400 W/m·K, todėl greita šoninė šilumos difuzija sumažina karštąsias vietas ir užpildo šiluminius slėnius virš darbinio paviršiaus.

Varis susiduria su kliūtimis, susijusiomis su kaina, svoriu ir šiluminiu plėtimu, tačiau teikia daug naudos naudojant didelio{0}}tikslumo programas. Patikimas integravimas į kelių medžiagų plokštes gali būti atliktas naudojant sujungimo būdus, pvz., litavimą, sprogstamąjį apvalkalą arba mechaninį suspaudimą šiluminės sąsajos medžiagomis. Medžiagos ir dizaino pasirinkimą lemia šiluminio vienodumo poreikis; Tais atvejais, kai reikalaujama didelio vienodumo, vario šilumos sklaidos sluoksnis yra patikrintas, techniškai pagrįstas metodas.