Kako se toplinska otpornost materijala sučelja na bazi masti- mijenja s vremenom i temperaturom?

Termalna mast između grijača kartridža i otvora u kojem se nalazi u presnoj ploči je heroj prvog dana. Ispunjava male zračne prostore, formirajući savršeni most niskog otpora za toplinu. Ali ova mast je delikatna mješavina silikonskog ili ugljikovodika ulja i keramičkog praha koji provodi toplinu. To je metastabilna, trajna čvrsta supstanca. Tokom hiljada sati i konstantnog kruženja toplote tokom životnog veka ploče, ulje može polako ispariti, biti potisnuto pritiskom stezanja ili oksidirati i stvrdnuti. Savršen most postaje propadajuća, izolaciona barijera.

Termalna mast: mehanizam starenja koji treba očekivati
Mehanizam starenja termičkog interfejs materijala (TIM) na bazi masti je dobro poznat i predvidljiv. Porast termičke otpornosti s vremenom i temperaturom nastaje zbog tri glavna procesa, isparavanja ulja, mehaničkog ispumpavanja-i oksidativnog stvrdnjavanja.

Isparavanje ulja
Pritisak pare baznog ulja (silikona ili ugljovodonika) je ograničen. Na normalnim radnim temperaturama ploče od 150 do 250 stepeni, ulje će polako isparavati. Uljna faza se gubi ostavljajući suhi komprimovani keramički prah koji nije u stanju da prianja na mikro-hrapavost grijača ili površina provrta. Ono što je ranije bila fleksibilna pasta za{6}}punjavanje praznina postaje labav ili sinterirani sloj praha sa slabim termičkim kontaktom. Otpornost kontakta na toplotu može se povećati za dva ili tri puta tokom radnog veka ploče. To dovodi do manje efikasnog prijenosa topline i viših radnih temperatura grijača.

Diferencijalna termička ekspanzija mehanička pumpa-Out
U instalaciji kertridž grijača, kada se zagrije, grijač i okolni metalni otvor se šire suprotnim brzinama. Koeficijent toplinske ekspanzije metala (čelik, aluminij, itd.) razlikuje se od koeficijenta grijača (obično od nehrđajućeg čelika ili Incoloy). Relativno kretanje između grijača i provrta u svakom ciklusu-zagrijavanja je poput malog djelovanja pumpanja. Postepeno se mast istiskuje iz interfejsa-fenomen poznat kao ispumpavanje{6}}out. Mast koja se evakuiše ne ulazi ponovo-nakon što se sistem ohladi. Originalna zapremina masti se odvodi iz interfejsa tokom hiljada toplotnih ciklusa i ponovo se{10}}pojavljuju zračni otvori.

Oksidacijsko otvrdnjavanje
Ugljikovodično ili silikonsko ulje će oksidirati na visokim temperaturama kada je izloženo kisiku (čak i mala količina zarobljena u bušotini). Oksidacija pretvara ulje koje teče u ljepljivu, gumenu ili krhku čvrstu supstancu. Ovaj stvrdnuti ostatak ima vrlo nisku toplotnu provodljivost i ne može teći da popuni praznine. Ovo dodaje još jedan sloj izolacije." Brzina oksidacije je eksponencijalna funkcija temperature prema Arrheniusovoj jednačini. Sa svakih 10 stepeni porasta radne temperature stopa pogoršanja može se udvostručiti ili utrostručiti.

Simptomi: Smanjenje performansi zone grijanja
Ploča za degradaciju toplinske otpornosti masti TIM ima oblik spore, često neprimjetne degradacije zone grijanja. Ovaj simptom nije nagli kvar, već progresivni gubitak kapaciteta za postizanje zadane temperature ili održavanje ujednačenosti u cijeloj ploči. Senzor unutrašnje temperature grijača (termoelement ili RTD) možda još uvijek očitava pravu temperaturu, ali temperatura površine ploče zaostaje zbog propadanja toplinskog mosta.

Grejač mora da radi na višoj temperaturi da bi ubrizgao isti toplotni tok kroz oštećeni kontakt. Ova viša unutrašnja temperatura potiče starenje samog grijača (oksidacija grijaće žice, krhkost izolacije), što dovodi do prijevremenog izgaranja. Tako degradirajuće ulje postaje kronični, nevidljivi pljačkaš performansi ploče i vijeka trajanja grijača.

Kvantificiranje degradacije: koliko brzo raste toplinski otpor?
Rast toplotne otpornosti nije linearan. Podržava tipičnu krivulju:

Rana faza (0-500 sati): Nema mnogo promjena. Mast je nova, a uljna faza netaknuta.

Srednji životni vek (500–2000 sati): isparavanje i početak ispumpavanja. Toplotni otpor počinje da raste, obično za 20-50% prvobitne vrednosti.

Late life (>2000 sati): ubrzano opadanje Mast se potpuno osuši, a ostaje samo prah ili stvrdnuti talog. Toplotna otpornost se može povećati za 100-200% ili više.

Tačan tajming u velikoj mjeri ovisi o temperaturi. Silikonska mast pristojnog kvaliteta može trajati 5000 do 10 000 sati na 150ºC. Ista mast na 250 stepeni može propasti za manje od 1000 sati. Brzina degradacije ima eksponencijalnu zavisnost od temperature, tako da povećanje od 10-15 stepeni prepolovi projektovani korisni vek kontakta masti.

Praktična rješenja: suočavanje s degradacijom
Postoje dvije tehnike za rješavanje degradacije TIM-ova na bazi masti-.

Preventivno održavanje sa re-podmazivanjem
Postojeće instalacije koje koriste mast kao sučelje zahtijevaju proaktivni program održavanja. Plan treba da sadrži:

Periodične revizije termičkih performansi. Pri određenoj ulaznoj snazi ​​izmjerite temperaturnu razliku između senzora grijača i površine ploče. Svako povećanje ove delte je povećanje otpornosti na toplinu.

• Planirana re-učestalost podmazivanja: Planirajte ponovno-podmazivanje ili zamjenu grijača svake 1-3 godine u zavisnosti od radne temperature. Otvor se čisti od stare masti i dodaje se nova odmjerena količina visokotemperaturne, niskootpuštajuće masti.

Vrhunske masti Nisu sve termalne masti jednake. Servisni interval možete značajno povećati tako što ćete odrediti mast stabilnu na visokoj temperaturi, na primjer masti proizvedene sa sintetičkim uljima i niske isparljivosti.

Trajna alternativa: grafitna folija
Za situacije u kojima je dugoročna{0}}pouzdanost ključna, a pristup za održavanje ograničen, preporučuje se interfejs od grafitne folije. Grafitna folija je savitljiva ploča od komprimovanog ekspandiranog grafita. Nema uljnu fazu tako da ne može ispariti, ispumpati ili oksidirati na isti način. Grafitna folija je u stanju da zadrži svoju toplotnu provodljivost (obično 5-10 W/m·K, daleko veću od masti) na neograničeno vreme na visokim temperaturama i termičkim ciklusima. Jedina skromna mana je što je malo manje prilagodljiva od svježe masti za zaista teške površine. Međutim, grafitna folija je trajni termalni most-koji ne zahtijeva održavanje za većinu provrta grijača kartridža sa standardnim završnim obradama (Ra 3,2 mikrona ili više).

Zaključak: Podmukli, hronični lopov performansi
Skriveni hronični kradljivac performansi ploče je spora predviđena smrt termalne masti. To je problem koji ne dolazi sa praskom, već sa polaganim suptilnim pogoršanjem efikasnosti i homogenosti grijanja. Ako se ne provjeri, raspadnuta mast uzrokuje da grijači rade toplije i ranije pokvare. Najvažniji toplotni most u pločici je često onaj koji se tiho raspada, sloj po sloj, dok ulje isparava i mast se suši. Ovaj način kvara je potpuno eliminiran odabirom sučelja od grafitne folije za nove instalacije. Za postojeće sisteme masti, jedini način da se osiguraju stalne, dugoročne termičke performanse-je kreiranje proaktivnog rasporeda održavanja sa periodičnim podmazivanjem -ili zamjenom grijača. Prva faza u konstrukciji izuzetno pouzdanog sistema grijanih ploča je razumijevanje očekivane degradacije TIM-ova masti.