Dalam beberapa tahun terakhir, dengan pesatnya perkembangan pembangkit listrik tenaga surya, kendaraan energi baru, dan komunikasi 5G, bahan pembuangan panas pilihan dengan konduktivitas termal tinggi----paduan aluminium, juga semakin dihargai oleh masyarakat.
Untuk pembangkit listrik tenaga surya, efisiensi inverter merupakan faktor penting untuk menentukan kinerja sistem fotovoltaik surya. Inverter fotovoltaik adalah jenis perangkat elektronik daya yang mengubah arus searah yang dihasilkan dalam modul fotovoltaik menjadi arus bolak-balik. Komponen utamanya antara lain transistor saklar (IGBT, MOSFET), komponen inti magnet (induktor, trafo), dll. Jika inverter fotovoltaik gagal karena suhu tinggi, maka akan menyebabkan sistem fotovoltaik mati, mengakibatkan hilangnya daya yang sangat besar;
Untuk kendaraan listrik energi baru, tingkat kecerdasan dan elektrifikasi meningkat dari hari ke hari, dan pembuangan panas pada peralatan listrik internalnya akan secara langsung mempengaruhi keselamatan seluruh kendaraan;
Untuk BTS 5G, konsumsi dayanya 2.5-3.5 kali lipat dari 4G. RRU (Remote Radio Unit) adalah perangkat penting dalam stasiun pangkalan 5G, menyediakan saluran yang stabil dan andal untuk pertukaran informasi pengguna, memastikan pengiriman informasi yang akurat dan real-time.
Dalam kerjanya, setiap modul akan menghasilkan panas dalam jumlah besar. Jika tidak dihilangkan pada waktunya, hal ini akan menyebabkan kenaikan suhu yang tinggi di lingkungan internal.
Setelah suhu terukur terlampaui, perangkat elektronik tidak akan bekerja secara stabil, yang akan mempengaruhi ketepatan waktu transmisi informasi pengguna dan bahkan memperpendek masa pakai.
Selain bidang di atas, komponen lain seperti lampu LED berdaya tinggi dan modul serat optik dalam komunikasi memiliki persyaratan pembuangan panas yang tinggi.
Komponen elektronik pada perangkat ini memiliki suhu pengoperasian terukur. Jika panas tidak dapat dipindahkan ke dunia luar dan suhu terus terakumulasi, maka suhu akan menjadi semakin tinggi.
Untuk menjaga suhu kerja komponen elektronik di dalam perangkat tersebut dalam kisaran suhu terukur, memastikan efisiensi dan masa pakainya, maka perlu menggunakan bahan konduktif termal untuk mentransfer panas internal perangkat.
Oleh karena itu, bahan dengan konduktivitas termal tinggi yang digunakan untuk pembuatan heatsink selalu menjadi fokus penelitian.
Modul Optik
Stasiun pangkalan komunikasi 5G
Perumahan multimedia dari kendaraan energi baru tertentu
Definisi konduktivitas termal
Konduktivitas termal merupakan indikator parameter yang mencirikan konduktivitas termal suatu material. Ini menunjukkan konduktivitas termal per satuan waktu, per satuan luas, dan di bawah gradien suhu negatif, dalam satuan W/m · K atau W/m · derajat .
Koefisien konduktivitas termal zat umum ditunjukkan pada Tabel 1:
Tabel 1 Koefisien konduktivitas termal berbagai zat
Logam cocok sebagai bahan heat sink
Dari Tabel 1 terlihat bahwa untuk bahan logam, koefisien pembuangan panas emas, perak, tembaga, dan aluminium semuanya melebihi 200W/(m · K), semuanya menunjukkan konduktivitas termal yang sangat baik.
Namun emas dan perak tidak dapat digunakan secara luas karena teksturnya yang lembut, kepadatannya yang tinggi, dan harganya yang mahal;
Koefisien konduktivitas termal tembaga juga sangat tinggi, yang dapat terhambat oleh kondisi yang tidak menguntungkan seperti kekerasan yang tidak mencukupi, kepadatan tinggi, biaya yang sedikit tinggi, dan kesulitan pemrosesan yang tinggi, dan kurang digunakan dalam bidang terkait sirip heat sink;
Aluminium, sebagai logam dengan kandungan tertinggi di kerak bumi, disukai karena konduktivitas termalnya yang tinggi, kepadatannya yang rendah, dan harganya yang murah. Namun karena rendahnya kekerasan aluminium murni, berbagai bahan formula biasanya ditambahkan di berbagai bidang aplikasi untuk membuat paduan aluminium, yang memperoleh banyak karakteristik yang tidak dimiliki aluminium murni dan menjadi pilihan ideal untuk bahan pemrosesan heat sink.
Heatsink paduan aluminium
Status penelitian paduan aluminium konduktif termal terutama dibagi menjadi dua kategori: aluminium terdeformasi dan aluminium cor, masing-masing dengan karakteristik berbeda.
Paduan aluminium terdeformasi: Penelitian yang ada tentang konduktivitas termal paduan aluminium terutama berfokus pada paduan aluminium terdeformasi. Paduan aluminium terdeformasi untuk konduktivitas termal terutama digunakan di bidang seperti mobil dan elektronik, seperti radiator paduan aluminium, pemanas, AC, dll.
Dibandingkan dengan heatsink tembaga atau baja tradisional, heatsink aluminium memiliki keunggulan seperti bobot yang ringan, ketahanan korosi yang baik, dan biaya pengoperasian yang rendah, serta telah banyak digunakan. Dalam hal heat sink komputer, heat sink aluminium telah menjadi mainstream, menggantikan heat sink tembaga/baja dan kipas plastik. Kerugian dari paduan aluminium yang terdeformasi adalah sulitnya membuat bagian-bagian yang bertanggung jawab atas struktur tersebut.
Pengecoran paduan aluminium: Pengecoran termasuk dalam pembentukan solidifikasi dan saat ini merupakan proses terbaik untuk membentuk bagian struktural yang kompleks. Untuk paduan aluminium cor, untuk memastikan kinerja pengisian dan sifat mekanik paduan, biasanya perlu menambahkan lebih banyak elemen paduan. Silikon dalam paduan aluminium cor dapat meningkatkan fluiditas paduan, namun seiring dengan meningkatnya kandungan silikon, konduktivitas termal menurun. Oleh karena itu, kesulitan dalam mengembangkan paduan aluminium cor dengan konduktivitas termal yang tinggi terletak pada memastikan fluiditas yang baik sambil tetap mempertahankan konduktivitas termal yang tinggi melalui desain paduan dan kontrol struktur mikro.
Pengaruh perlakuan panas terhadap konduktivitas termal
Perlakuan panas paduan aluminium terutama mencakup larutan padat, penuaan, dan anil, dan pengaruhnya terhadap konduktivitas termal berbeda-beda.
Perlakuan larutan padat: Setelah perlakuan larutan padat, konduktivitas termal dan kinerja difusi termal paduan aluminium di mana unsur-unsurnya berada dalam keadaan larutan padat lebih rendah dibandingkan dengan matriks paduan aluminium ketika fase elemen diendapkan. Alasannya adalah setelah perlakuan larutan padat, struktur material mengalami perubahan yang signifikan, dan beberapa elemen paduan serta fase penguatan akan larut kembali dalam matriks, membentuk larutan padat lewat jenuh, menyebabkan distorsi kisi yang parah, peningkatan kekuatan, dan penurunan konduktivitas termal.
Perawatan penuaan: Perawatan penuaan dapat dibagi menjadi penuaan suhu tinggi dan penuaan suhu rendah. Selama penuaan suhu tinggi, difusi atom menjadi mudah, dan kecepatan perbaikan kekosongan dan cacat dislokasi pada paduan lebih cepat. Konduktivitas termal akan mencapai nilai tertingginya dalam waktu singkat. Dengan bertambahnya waktu, konduktivitas termal akan mengalami tren menurun, terutama karena larutan padat kelebihan Si dan elemen lain dalam struktur paduan dan pertumbuhan fase endapan pada suhu tinggi; Selama penuaan suhu rendah, karena difusi atom yang lambat dan pelarutan minimal unsur-unsur seperti Si pada suhu yang lebih rendah, waktu bagi konduktivitas termal untuk mencapai puncaknya secara signifikan lebih lama dibandingkan selama penuaan suhu tinggi, dan peningkatan konduktivitas termal tidak terjadi. sama pentingnya dengan penuaan suhu tinggi.
Perlakuan anil: Temperatur anil dan metode pendinginan yang berbeda memiliki efek berbeda pada konduktivitas termal paduan aluminium. Ketika suhu anil meningkat, konduktivitas termal menurun, dan tingkat penurunan konduktivitas termal bervariasi dengan metode pendinginan yang berbeda. Hal ini karena ketika suhu anil terus meningkat, semakin banyak fase kedua dalam paduan aluminium yang larut dalam matriks aluminium, menyebabkan peningkatan kelarutan padat elemen paduan, menyebabkan distorsi kisi yang parah dan menghambat pergerakan elektron bebas, yang mengakibatkan penurunan konduktivitas termal. Konduktivitas termal yang diperoleh dengan metode pendinginan lambat dengan tungku lebih tinggi dibandingkan dengan metode pendinginan cepat, karena semakin lambat kecepatan pendinginan, semakin baik untuk pengendapan atom larutan padat.
Oleh karena itu, untuk mencapai konduktivitas termal yang lebih tinggi, suhu anil yang lebih rendah dan metode pendinginan dengan pendinginan tungku umumnya harus dipilih.
