Чому електричні теплоізоляційні нагрівачі такі рідкісні? Це просто вартість?

Редагувати: Мабуть, моє первинне запитання (чому немає ізоляційних радіаторів?) Базувалося на помилковій передумові, а насправді є теплоізоляційні тепловізори - я просто не зміг їх знайти за допомогою побіжного пошуку. Тож замість цього я змінюю, щоб запитати про їх рідкість.

Здається, радіатори майже універсально виготовлені з алюмінію, міді чи їх комбінації. Це має сенс; алюміній і мідь прості в роботі і мають високу теплопровідність. Але алмаз має одну з найвищих теплопровідностей будь-якої відомої речовини - звичайно, очевидно, що алмаз такого типу, придатний для використання в якості радіатора, буде, як мінімум, дорогим, як мінімум, тому що це, мабуть, повинно бути єдиним кристал дорогоцінного якості, але чи не вдалося б використовувати, наприклад, кубічний нітрид бору, який має подібну теплопровідність?

І так, труднощі з виготовленням великого монокристала c-BN, ймовірно, будуть приблизно такими ж, як виготовлення великого монокристала з алмазу, але я очікую, що кінцева ціна буде не стільки, оскільки немає групи De Beers, ідіть за вами за нітридом бору. І, безумовно, є інші неметалічні сполуки, які мають хорошу теплопровідність, і деякі з них, мабуть, краще підходять для виготовлення. Я сумніваюся, що вони зможуть навіть наблизитися до ціни на екструдований алюміній, але іноді вам потрібні більш високі показники.

Отже, підводячи підсумок, моє запитання: чи не лише вартість робить неметалічні радіатори настільки рідкісними, чи є якісь інші недоліки, які роблять їх менш бажаними за межами найбільш езотеричних застосувань?

Одне, на що, схоже, не відповіли інші відповіді, це те, що вам потрібен лише дуже тонкий шар електричного ізолятора (при помірній напрузі), тоді як частина тепловідвідника найкраще працює, якщо він товстий. Тож ефективніше використовувати тонкий електроізоляційний бар'єр з подальшим товстим, дешевим і легко виготовленим металевим радіатором, ніж використовувати один частину матеріалу, який має теплопровідну та електричну ізоляцію. Кілька матеріалів, які існують (наприклад, алмаз), не можна екструдувати або іншим чином легко сформувати у форму радіатора. Деякі з них можуть бути спечені, але спікання зазвичай не може досягти теплопровідності сипкого матеріалу. Інженерний ефект усього цього матеріалознавства полягає в тому, що ми закінчуємо робити те, що завжди робили.

Ще один фактор - політика щодо запасів: запасаючи міцні міцні радіатори та меншу кількість (оскільки вони не завжди потрібні) невеликих делікатних ізоляційних прокладок, ваш запас займає менше місця для зберігання та капіталу, ніж якщо б ви запаслися двома типами об'ємних радіаторів. Вартість і продуктивність обох краще без ізолятора, коли це не потрібно.

Це навряд чи нова проблема; ті з нас певного віку пам’ятають радіатори із слюдяними ізоляторами для пакетів TO-220 та TO-3.

Проблема (в той час) полягала як у матеріальних витратах, так і в наявності та матеріалознавстві. Ми пройшли довгий шлях у розумінні теплопровідності різних сполук протягом багатьох років, але це все ще відносно нова технологія (є такі речі, як теплопровідні прокладки, які існують десятиліттями, але насправді не є тепловідводячими по собі. право).

У TO-220 є розподільник тепла на колекторі / зливі пристрою, який зазвичай знаходиться при підвищеній напрузі, тому типова схема розташування використовує цю техніку:

Джерело .

Незвично було використовувати якусь термічну пастуДля максимізації тепловіддачі .

Тепер це насправді не пояснює відносну рідкість інтегрованих ізольованих радіаторів; що насправді зводиться до "чи потрібно" чи я можу просто використовувати добре відомий метод радіатора та електроізоляційного бар'єрного матеріалу, який коштує дешевше (принаймні, це сьогодні).

Старий перевірений і справжній метод служив багато десятиліть, але для деяких застосувань (особливо для невеликих пристроїв) таке рішення цілком може не підійти.

Є досить кілька пропозицій , доступних , але вони , як правило, трохи дорожче (на ват на основі). Існує також багато досліджень інших матеріалів .

Звичайно, для фактору bling ви можете використовувати їх .

Таким чином, це зводиться до ряду речей, і вартість є головним рушієм. Я також зазначу, що великий ринок тепловідводів - це процесори та графічні процесори, де корпус ІК все-таки електрично ізольований.

Полімерні радіатори заслуговують на згадку. Полімерні радіатори - це не рідкість. Я стикаюсь з полімерними тепловідвідниками промислові, автомобільні, споживчі товари раз у раз. Їх часто важко розпізнати як радіатори, оскільки вони можуть мати друге механічне призначення (корпус, кронштейн, відбивач лампи). Ці радіатори - це завжди на замовлення деталі з литтям.

$\mathrm{20 \frac {W} {m\cdot K} }$$\mathrm{200 \frac {W} {m\cdot K} }$

E2 - пластик ( джерело )

Деякі додаткові дискусії в цій старій відповіді .

Справа в радіаторі полягає в тому, що існують лише два способи остаточного утилізації теплоти, провідності та випромінювання.

Отже, в кінцевому рахунку, якщо припустити, що ваша випромінювання досить близька до 1 (важливо лише те, якщо ви можете запустити гаряче, втрата енергії на випромінювання - це 4-я потужність абсолютної температури), і ви можете зробити так, щоб річ мала хороший тепловий контакт з навколишніми охолоджуючими середовищами (повітря , вода, що б там не було), те, що ви робите з неї, лише має невелике значення (Цей інтерфейс є вбивцею для продуктивності, а не об'ємною теплопровідністю радіатора).

Тепер чітко потрібно сконструювати радіатор так, щоб тепло проходило через нього досить ефективно і в тій місцевості, де є велика щільність потоку потужності, яка може заперечити щось інше, ніж союзник, для більшої частини речі, де у вас багато металу щоб дельта Т була низькою, найдешевший найкращий.

Для теплорозподільника або ізолюючої шайби, звичайно, різне, теплорозподільники за визначенням застосовуються там, де щільність потоку потужності дуже висока, а мінімальний термічний опір - дуже хороша річ, отже, звичайне використання міді в цій ролі.

Для ізолятора ви бачите екзотичні матеріали, які використовуються, тому що хороший тепловий провідник, який також є електричним ізолятором, не є таким поширеним явищем, тому нітрид бору, глинозем, оксид берилію (!) І подібні всі бачать тут сервіс, і я б не був шокований хтось, хто використовує алмаз (Можливо, в якомусь дивному радіочастотному пристрої).

З технічної точки зору, безумовно, можливо виготовити радіатори з вбудованими накладками ізолятора. Причина, чому вони цього не роблять, - це економіка.

Між різними механічними, електричними та тепловими варіантами існує багато різних комбінацій. Якби ізолятор і радіатор були однією частиною, то постачальникам довелося б придбати набагато більше унікальних номерів деталей.

Шляхом розподілення ізолятора та радіатора в унікальні продукти користувач має набагато більше варіантів.

Ось кілька речей, які слід розглянути.

1) У багатьох випадках користувач використовує прокладки між затопленнями і гарячими компонентами, щоб забрати слабкість в механічних допусках. Це означає, що кожен користувач захоче, щоб накладка була різної товщини.

2) Матеріали накладки термоізолятора відрізняються тим, наскільки вони здатні відповідати чорновим поверхням. Часто існує торгівля між тим, наскільки м'яким є матеріал, і тим, наскільки добре він проводить тепло.

3) У різних користувачів будуть різні вимоги до ізоляції щодо напруги. Існує взаємодія між напругою ізоляції, товщиною матеріалу та термічним опором.

3) Додавання ізолятора між радіатором і деталлю має штраф за термічний опір. Якщо неможливо використовувати ізоляційний шар, то ви отримаєте найкращі теплові показники в такому випадку.

Найкращий компроміс - зробити надзвичайно тонкий шар поверхні великої напруги з високою номінальною напругою [кВ / мм] з достатньою твердістю, щоб не різати чи пробивати, але також має бути низькою вартістю.

До теплопровідних характеристик ізолятора належать;

Cost-effective
Resistant to tears and cut-through
High dielectric strength
UL94 VO rated options available
Low ageing rate: Pads do not dry out, ooze out or crack  
Gap Filling, if burrs, roughness or planarity is a problem
Compatibility (gas sensors must be non-silicone and LED interfaces must be non-organic)
Low dielectric constant for capacitance load on collector/drain tabs on high dV/dt high voltage drivers

Всі електричні ізолятори - «діелектрики». Всі радіатори є хорошими теплопровідниками.
Однак у твердих тілах це може бути дорого мати як хороші характеристики.
Матеріали для фазової зміни, які перетворюють рідину під тиском, щоб зробити можливе рішення.

Процесори, як правило, використовують керамічне скло як теплову поверхню до радіатора через надзвичайно плоскі властивості.

Для лінійних напруг Triacs, слюда була найкращим матеріалом для захисту від імпульсів 5 кВ та теплопровідності з тепловою змазкою.

Діелектричні рідини, як трансформаторне масло, також хороші теплоізолятори з потоком тепла.

Поваги порівняння матеріалів Використання теплопровідних ізоляторів;

Теплопровідність [Вт / мК] ,
товщина [гм] , твердість берега [00] ,
Діелектрична міцність [кВ / мм] та
Тепловий опір [˚C-см² / Вт]

$\frac{V}{mm} \cdot \frac{°C\cdot mm}{W}$ або розділити за теплопровідністю в $\frac{kV}{mm} /\frac{W}{m-K}$.

Традиційні рішення; були слюди, 3М стрічки та деякі стрічки полімерів.

Найкращим економічним рішенням Aavid Thermalloy є:

Термалсіль III

  uses finely woven glass cloth with a silicone elastomer binder 0.152mm thick
  Dielectric Strength :  26 kV/mm     
  Thermal Conductivity: 0.92 W/m'C   
  UL 94V-0

Для примусового відведення тепла повітря не враховує КФМ, але про це часто повідомляють, а саме турбулентна швидкість поверхневого повітря регулює охолодження в середньому [м / с].

Продукт обох цих параметрів призводить до найкращих властивостей матеріалу, але не найдешевших.

Власне, є хороше рішення: Алюміній. Анодований алюміній. Анодизація перетворює поверхню в оксид алюмінію, який є ізолятором. Хороші новини: збільшується площа поверхні, що допомагає проводити тепло до навколишнього повітря; Погані новини - це не рівна, гладка поверхня для контакту з силовим пристроєм, що нагріває. Рішення: Теплова сполука (відома також як "Змащення"). Важливі зауваження: Існує кілька процесів анодування алюмінію. Більшість гарних речей - це "клас I", який м'який, або "клас II", який помірно твердий. Ви можете використовувати клас II. Якщо пристрій, який охолоджує, не має відносного руху, і він міцно затиснутий на радіаторі і немає задирок і подряпин, це добре працює. Забагато " якщо " і &Тоді ви хочете анодирування "III класу". Це, як правило, нерівномірно забарвлене, а чорний має коричнево-пурпурний відтінок. Він майже такий же жорсткий, як алмази, і досить стійкий до подряпин. Ще потрібен жир, але немає ізолятора при розумній напрузі. Військові та аерокосмічні застосовують це протягом більше 50 років, як тонкі (~ 0,025 ") анодировані шайби (аналогічні ізоляторам слюди TO-3) або весь корпус (мисливські ракети). Зараз важко знайти цілі дні і коштує більше, ніж інші рішення, але це робить добре.

Для "мастила" використовуйте силікон (не на основі нафти), оксид алюмінію (не оксид цинку) від Dow, Shin-Etsu, Fuji-Poly або Saint-Gobain. Бутикові речі на основі срібла та міді для використання в геймерах розгону персональних комп'ютерів є дорогими та провідними. Це добре з анодизацією класу III, доки вона не мігрує, не падає, не висихає, не присипається порошком або лускається тощо на поточний матеріал для перенесення (просто не використовуйте його). Якщо вам справді потрібно з’єднати багато тепла зі жиром, оксид берилію в кілька разів краще, ніж оксид алюмінію. Просто поводьтеся з ним, як з азбестом: не облизуйте його, не їжте, не вдихайте повітря. Це подразник шкіри, тому надягайте рукавички і готуйтеся до натиску "токсичного полювання на відьом". Ці жири повинні бути лише від пристрою товщиною від 0,0001 до 0,0005 "(напівпрозорий). Нанесіть невеликим пластиковим або металевим ракелем; для виробництва обсягів використовують трафарет (той же тип трафаретного матеріалу, який використовується для пайки пайки ~ 0,005 "СС) та ракету.

Я бачив теплові умивальники з тонким керамічним покриттям в області кріплення, але різниця Cte - це проблема і може тріснути тонку кераміку.

Сподіваюся, це допомагає, я отримав це через> 40 років блукання між електронами та електронними дірками.

В цілому я підозрюю, що уникнення «зносу» в польових умовах і, як наслідок, дорога заміна є ключовою причиною загального застосування, уникаючи кристалічних радіаторів. Не кажучи про те, що металеві радіатори ніколи не виходять з ладу в полі. Але взагалі заміна металевих радіаторів в польових умовах була б набагато дешевшою і вимагала б набагато менше спеціалізованого обладнання порівняно з кристалічними радіаторами.

Тобто на старті кристалічні радіатори були б загалом дорогими для виготовлення, і деякі термічні поломки траплялися б через термічні та механічні навантаження. Ви все ще можете залишатися в межах прийнятних загальних витрат, якщо все, що сталося на спеціальній фабриці радіаторів. Але не рідкість для виробників кінцевих додатків потрібно обробляти радіатор, щоб відповідати і т.д.

По-друге, один раз у польовому застосуванні багато радіаторів зазнають теплового та механічного удару та вібрації, що може бути поза 100% виживаності для кристалічних радіаторів. З іншого боку, добрі старі металеві радіатори можуть спричинити зловживання та згинання. Деякі навіть вдруге служать механічною точкою кріплення до зовнішнього шасі більшої збірки.

Також у випадку кристалічного радіатора кріплення можуть замінити радіатор заміни радіатора. Більш м'яка застібка могла б знищити пошкодження вібрації на радіаторі, але замість цього поступово буде пропилюватися тими ж вібраціями та згинанням.

Отже, кристалічні радіатори, можливо, стануть випадковим предметом ремонту на місцях ... припускаючи розумне термічне відключення та оповіщення. Тепер подумайте, які спеціальні інструменти потрібні в цій галузі та які показники поломки можуть застосовуватися, коли ваш середній технік намагається боротися із заміною. Сподіваюсь, радіатори будуть чимось багатьма корпусами, урядами та приватними замовниками, які очікують, що місцеві техніка справляться, навіть якщо не ланцюги. Просто гайкові роботи, правда?