L'aluminium comme matériau de dissipateur de chaleur

L'aluminium est un métal extrêmement polyvalent, il n'est donc pas étonnant qu'il soit couramment utilisé pour les applications de dissipateurs thermiques. Le transfert de chaleur afin de refroidir un appareil ou de maintenir une certaine température est une propriété importante des métaux modernes, et l'aluminium est l'un des choix privilégiés des ingénieurs et des concepteurs. Aujourd'hui, nous allons examiner pourquoi l'aluminium constitue une excellente option pour les dissipateurs thermiques et quelles propriétés le rendent particulièrement souhaitable à cet égard.

L'aluminium est un matériau prisé pour plusieurs raisons. Sa légèreté et son rapport résistance/poids élevé sont deux des premières caractéristiques qui viennent à l’esprit. L’aluminium présente également une excellente résistance à la corrosion, est extrêmement durable, conduit l’électricité et offre une formabilité étonnante. Sans parler de sa recyclabilité et d’autres caractéristiques de durabilité.

Lorsqu’il s’agit d’électronique et d’autres appareils modernes, une propriété clé est ce qui rend l’aluminium vraiment indispensable : sa remarquable conductivité thermique. Ceci est essentiel pour les équipements et les applications qui doivent maintenir une certaine température ou éliminer l'excès de chaleur ; La conductivité de l'aluminium est une propriété naturelle qui découle de sa chimie.

Qu’est-ce qui rend l’aluminium si bon pour conduire la chaleur ?

Lorsque l'on examine la capacité d'un matériau à conduire la chaleur, elle est généralement mesurée en watts par mètre-kelvin, qui peut être noté (W/(m⋅K)) ou en centimètre-kelvin (W/(cm⋅K)). Il existe également le système anglais utilisant les British Thermal Units, qui mesure la conductivité thermique en BTU/(h⋅ft⋅°F).

Quelle que soit la façon dont vous le mesurez, la liste des métaux les plus conducteurs de chaleur commence généralement par l’argent. Il a une conductivité de 406 W/(m⋅K). Le prochain sur la liste est le cuivre à 385 W/(m⋅K), l'or offre 314 W/(m⋅K), puis l'aluminium à 237 W/(m⋅K).

D’autres métaux courants, comme le fer et l’acier, ont des chiffres beaucoup plus faibles ; l'acier inoxydable mesure 16 W/(m⋅K). Pourquoi l’aluminium figure-t-il si haut sur la liste ? Sans entrer dans les détails de la chimie, la raison fondamentale pour laquelle les métaux sont de bons conducteurs de chaleur est qu’ils possèdent des électrons libres qui commenceront à se déplacer lorsqu’ils seront chauffés ; ce mouvement (la chaleur) sera transféré à travers le métal plus rapidement que d'autres substances.

Les métaux contenant plus d’électrons libres sont plus susceptibles de bien conduire la chaleur, comme l’aluminium. Une bonne règle de base est que si un métal est bon pour conduire l’électricité, il sera également bon pour conduire la chaleur.

Comparons les métaux de la liste ci-dessus pour mieux comprendre pourquoi la meilleure option sera l’aluminium. Premièrement, l’argent et l’or sont beaucoup plus chers et moins pratiques que l’aluminium ; De plus, l'argent a tendance à se corroder rapidement lorsqu'il est utilisé comme conducteur.

Restent le cuivre et l’aluminium, et même si le cuivre est le meilleur conducteur, il est également plus lourd et plus cher. Si tout ce qui compte pour votre application est la quantité de conductivité, quels que soient le prix et le poids, alors le cuivre pourrait être votre meilleur matériau. Si vous avez besoin d’un matériau léger et économique pour votre dissipateur thermique, l’aluminium est une bonne option.

Qu'est-ce qu'un dissipateur thermique et pourquoi est-il si important dans l'ingénierie moderne ?

Un dissipateur thermique est une sorte d’échangeur de chaleur passif. Il peut transférer la chaleur générée par un appareil dans un milieu fluide, normalement de l'air mais parfois un liquide de refroidissement. Cela permet à la chaleur de se dissiper de l'équipement.

Dans les appareils mécaniques modernes, qui peuvent inclure tout, du moteur à l’électronique, la régulation de la chaleur peut être extrêmement importante. Un dissipateur thermique permet de garantir que l'appareil ne surchauffe pas. Dans les ordinateurs, par exemple, les dissipateurs de chaleur sont utiles pour empêcher le processeur et d’autres chipsets importants de devenir trop chauds.

Un dissipateur thermique doit généralement avoir une grande surface pour maximiser le transfert de chaleur dans l’air ambiant. Les nombreux avantages de l'aluminium (léger, économique, formable) en font un composant clé des dissipateurs thermiques des téléphones portables, des lampes LED, des téléviseurs et bien plus encore. La possibilité d'extruder de manière économique l'aluminium en profilés dotés de plusieurs « ailettes » augmente la surface du dissipateur thermique et sa capacité à transférer la chaleur.

Lors de la conception du dissipateur thermique, les ingénieurs doivent prendre en compte plusieurs facteurs : la vitesse de l'air, les matériaux environnants, le traitement de surface et la forme de l'appareil. Même l'adhésif ou la fixation utilisé pour connecter le dissipateur thermique peut avoir un impact sur son efficacité.

Quels alliages sont particulièrement adaptés aux dissipateurs thermiques ?

Une chose que vous devez savoir est que les métaux purs sont de meilleurs conducteurs de chaleur que les métaux alliés. Travailler avec de l'aluminium, l'aluminium pur n'est pas pratique car il est généralement trop mou et certains alliages fonctionnent mieux comme dissipateurs de chaleur que d'autres.

L'alliage 1050 est un excellent conducteur de chaleur, pouvant atteindre 229 W/(m⋅K), mais a tendance à être mou. Tout en sacrifiant un peu la conductivité, des alliages plus solides tels que 6060, 6061 et 6063 peuvent toujours être efficaces. Ils présenteront des valeurs de conductivité thermique comprises entre 166 et 201 W/(m⋅K). Même l'état de l'alliage affectera la quantité de chaleur conduite. Il est donc important de connaître exactement le degré de conductivité dont vous avez besoin et de le comparer aux propriétés de l'alliage considéré.

Votre professionnel des services techniques

Lorsque vous essayez de faire correspondre un matériau à une application, il est logique de travailler avec un fournisseur de matériaux expérimenté qui connaît les détails des dissipateurs thermiques et de la conductivité. Chez Clinton Aluminum, nos professionnels compétents sont fermement engagés à travailler avec nos clients à chaque étape de leur processus d'approvisionnement. Cela signifie que nous pouvons vous conseiller sur les alliages qui conviennent le mieux à votre application.

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