الألومنيوم كمادة بالوعة الحرارة

الألومنيوم معدن متعدد الاستخدامات للغاية، لذا فلا عجب أنه شائع الاستخدام في تطبيقات المشتت الحراري. يعد نقل الحرارة من أجل تبريد جهاز أو الحفاظ على درجة حرارة معينة خاصية مهمة للمعادن الحديثة، ويعتبر الألومنيوم أحد الاختيارات الرئيسية للمهندسين والمصممين. اليوم، سننظر في السبب الذي يجعل الألومنيوم خيارًا ممتازًا للمشتتات الحرارية وأي من خصائصه تجعله مرغوبًا بشكل خاص في هذا الصدد.

الألومنيوم مادة ثمينة لعدة أسباب. يعد وزنه الخفيف ونسبة القوة إلى الوزن العالية من أول الخصائص التي تتبادر إلى الذهن. يتمتع الألومنيوم أيضًا بمقاومة ممتازة للتآكل، وهو متين للغاية، ويوصل الكهرباء، ويوفر قابلية تشكيل مذهلة. ناهيك عن إمكانية إعادة التدوير وميزات الاستدامة الأخرى.

عندما يتعلق الأمر بالإلكترونيات والأجهزة الحديثة الأخرى، فإن إحدى الخصائص الرئيسية هي ما يجعل الألومنيوم حقًا لا غنى عنه: موصليته الحرارية الرائعة. وهذا أمر بالغ الأهمية بالنسبة للمعدات والتطبيقات التي يجب أن تحافظ على درجة حرارة معينة أو تزيل الحرارة الزائدة؛ إن موصلية الألومنيوم هي خاصية طبيعية تنشأ من كيميائيته.

ما الذي يجعل الألومنيوم جيدًا في توصيل الحرارة؟

عند النظر إلى قدرة المادة على توصيل الحرارة، يتم قياس ذلك عادةً بما يعرف بالواط لكل متر كلفن، والذي يمكن الإشارة إليه بـ (W/(m⋅K))، أو بالسنتيمتر كلفن (W/(cm⋅K)). يوجد أيضًا النظام الإنجليزي الذي يستخدم الوحدات الحرارية البريطانية، والذي يقيس التوصيل الحراري بـ BTU/(h⋅ft⋅°F).

بغض النظر عن كيفية قياسه، فإن مخطط المعادن الأفضل في توصيل الحرارة سيبدأ عمومًا بالفضة. لديها الموصلية 406 واط / (م⋅ك). التالي في القائمة هو النحاس عند 385 واط/(م⋅ك)، والذهب يقدم 314 واط/(م⋅ك) ثم الألومنيوم عند 237 واط/(م⋅ك).

أما المعادن الشائعة الأخرى، مثل الحديد والصلب، فهي تحتوي على أرقام أقل بكثير؛ قياسات الفولاذ المقاوم للصدأ 16 وات/(م⋅ك). لماذا يحتل الألمنيوم مكانة عالية في القائمة؟ دون التعمق في الكيمياء، السبب الأساسي لكون المعادن موصلة جيدة للحرارة هو أنها تحتوي على إلكترونات حرة ستبدأ في التحرك عند تسخينها؛ سيتم نقل هذه الحركة (الحرارة) عبر المعدن بسرعة أكبر من المواد الأخرى.

المعادن التي تحتوي على عدد أكبر من الإلكترونات الحرة هي أكثر عرضة لتوصيل الحرارة بشكل جيد، مثل الألومنيوم. القاعدة الأساسية الجيدة هي أنه إذا كان المعدن جيدًا في توصيل الكهرباء، فإنه سيكون جيدًا أيضًا في توصيل الحرارة.

دعونا نقارن بين المعادن الموجودة في القائمة أعلاه لنفهم بشكل أفضل سبب كون الخيار الأفضل هو الألومنيوم. أولاً، الفضة والذهب أغلى بكثير وأقل عملية من الألومنيوم؛ كما أن الفضة تميل إلى التآكل بسرعة عند استخدامها كموصل.

وهذا يترك النحاس والألومنيوم، وبينما يعتبر النحاس أفضل موصل، فهو أيضًا أثقل وأكثر تكلفة. إذا كان كل ما يهم في تطبيقك هو مقدار الموصلية، بغض النظر عن السعر والوزن، فقد يكون النحاس هو أفضل مادة لديك. إذا كنت بحاجة إلى مادة خفيفة الوزن وفعالة من حيث التكلفة لمشتت الحرارة الخاص بك، فإن الألومنيوم يعد خيارًا جيدًا.

ما هو المشتت الحراري ولماذا هو مهم جدًا في الهندسة الحديثة؟

المشتت الحراري هو نوع من المبادلات الحرارية السلبية. يمكنه نقل الحرارة التي تم توليدها بواسطة جهاز إلى وسط سائل، عادةً الهواء ولكن في بعض الأحيان إلى سائل تبريد. وهذا يسمح للحرارة بالتبدد بعيدًا عن المعدات.

في الأجهزة الميكانيكية الحديثة، والتي يمكن أن تشمل كل شيء من المحرك إلى الإلكترونيات، يمكن أن يكون تنظيم الحرارة أمرًا في غاية الأهمية. يساعد المشتت الحراري على ضمان عدم ارتفاع درجة حرارة الجهاز. في أجهزة الكمبيوتر، على سبيل المثال، تكون المبددات الحرارية مفيدة للحفاظ على وحدة المعالجة المركزية والشرائح المهمة الأخرى من أن تصبح ساخنة جدًا.

عادةً ما يجب أن يحتوي المشتت الحراري على مساحة سطحية كبيرة لتعظيم نقل الحرارة إلى الهواء المحيط. إن المزايا العديدة للألمنيوم (خفيف الوزن، وفعال من حيث التكلفة، وقابل للتشكيل) تجعله مكونًا رئيسيًا لأحواض الحرارة في الهواتف المحمولة، ومصابيح LED، وأجهزة التلفزيون والمزيد. إن القدرة على بثق الألمنيوم اقتصاديًا في مقاطع ذات 'زعانف' متعددة تزيد من مساحة سطح المشتت الحراري وقدرته على نقل الحرارة.

عند تصميم المشتت الحراري، يحتاج المهندسون إلى مراعاة عدة عوامل: سرعة الهواء، والمواد المحيطة، ومعالجة السطح، وشكل الجهاز. حتى المادة اللاصقة أو المثبت المستخدم لتوصيل المشتت الحراري يمكن أن يكون له تأثير على فعاليته.

ما هي السبائك المناسبة بشكل خاص للمشتتات الحرارية؟

الشيء الوحيد الذي يجب أن تعرفه هو أن المعادن النقية تصنع موصلات حرارية أفضل من معادن السبائك. عند العمل مع الألومنيوم، يعد الألومنيوم النقي غير عملي لأنه بشكل عام ناعم جدًا، وتعمل بعض السبائك بشكل أفضل كمشتت للحرارة من غيرها.

تعتبر السبائك 1050 موصلًا ممتازًا للحرارة، تصل إلى 229 واط/(م⋅ك) ولكنها تميل إلى أن تكون ناعمة. أثناء استبدال القليل من الموصلية، يمكن للسبائك الأقوى مثل 6060 و6061 و6063 أن تظل فعالة. وسوف تظهر قيم التوصيل الحراري بين 166 و201 واط/(م⋅ك). حتى درجة حرارة السبيكة ستؤثر على كمية الحرارة الموصلة، لذلك من المهم أن تعرف بالضبط مقدار الموصلية التي تحتاجها وفحصها مقابل خصائص السبيكة قيد النظر.

متخصص الخدمات الفنية الخاص بك

عند محاولة مطابقة مادة ما لتطبيق ما، فمن المنطقي العمل مع مورد مواد ذي خبرة يعرف تفاصيل المشتتات الحرارية والتوصيل. في شركة كلينتون للألمنيوم، يلتزم المتخصصون ذوو الخبرة لدينا بشدة بالعمل مع عملائنا في كل خطوة من خطوات عملية الشراء الخاصة بهم. وهذا يعني أنه بإمكاننا تقديم المشورة لك بشأن السبائك التي قد تعمل بشكل أفضل مع تطبيقك.

اتصل بنا اليوم لتعرف المزيد عن سبائك الألومنيوم المناسبة لك.