【摘要】：電子芯片向小型化、高集成度發(fā)展,導(dǎo)致其發(fā)熱量和熱流密度變大,迫切的需要尋找高效的散熱措施。儲(chǔ)能式溫控單元結(jié)構(gòu)簡單,可靠性高,無運(yùn)動(dòng)部件,無動(dòng)力驅(qū)動(dòng),不受重力影響,特別適用于航空航天領(lǐng)域的間歇性瞬時(shí)大功率電子芯片的控溫。低熔點(diǎn)合金具有高導(dǎo)熱率、高儲(chǔ)熱密度、性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn),是優(yōu)異的相變儲(chǔ)能材料。一般芯片的結(jié)溫應(yīng)小于150℃,為保證芯片正常工作,其最高溫度需要低于這個(gè)溫度值,考慮到芯片自身、封裝、散熱設(shè)備安裝等產(chǎn)生的熱阻,一般選擇相變溫度小于85℃的低熔點(diǎn)合金。本文使用高頻真空加熱爐制備了5種已知的相變潛熱較高的低熔點(diǎn)合金,采用差示掃描量熱法、激光閃射法、排水法分別測(cè)量了低熔點(diǎn)合金的相變溫度、相變潛熱、熱擴(kuò)散率和密度,為低熔點(diǎn)合金在儲(chǔ)熱領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。從熱力學(xué)角度推導(dǎo)了低熔點(diǎn)合金相變潛熱的預(yù)測(cè)公式,考慮了低熔點(diǎn)合金各組元的潛熱、各組元固液相比熱容的差異及混合熵對(duì)低熔點(diǎn)合金相變潛熱的貢獻(xiàn),選取9種已知的低熔點(diǎn)共晶合金驗(yàn)證了相變潛熱公式的準(zhǔn)確性,最大誤差為19.35%,最小誤差為1.86%。同時(shí),按照一定規(guī)則配制了3種低熔點(diǎn)合金,并測(cè)量了熱物性。實(shí)驗(yàn)測(cè)量了低熔點(diǎn)合金在實(shí)際應(yīng)用中的儲(chǔ)熱性能。搭建了實(shí)驗(yàn)臺(tái),研究了相變溫度在40~85℃之間的5種低熔點(diǎn)合金、熱流密度和加熱功率對(duì)儲(chǔ)能式溫控單元性能的影響。結(jié)合測(cè)量的熱物性參數(shù),采用CFD軟件進(jìn)行了低熔點(diǎn)合金熔化過程的仿真,將仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果作對(duì)比,具有很好的一致性。分析了不同熱流密度和加熱功率條件下,低熔點(diǎn)合金的熔化和傳熱過程。低熔點(diǎn)合金Cd8.5Sn11.3Pb37.7Bi42.5潛熱最大,熱擴(kuò)散率較高,控溫性能最好。研究發(fā)現(xiàn)熱流密度和加熱功率對(duì)儲(chǔ)熱性能都有影響。比較相同加熱功率24W、不同熱流密度24.00W/cm~2、6.00W/cm~2、2.67W/cm~2、1.50W/cm~2、0.96W/cm~2的儲(chǔ)熱性能時(shí),發(fā)現(xiàn)熱流密度過大,會(huì)使得熱量不能及時(shí)傳導(dǎo)到整個(gè)儲(chǔ)能式溫控單元,合金不能及時(shí)熔化,儲(chǔ)能式溫控單元失效。本文實(shí)驗(yàn)條件下,當(dāng)熱流密度小于2.67W/cm~2時(shí),熱流密度的大小對(duì)儲(chǔ)能式溫控單元性能的影響忽略不計(jì),這一臨界值與具體低熔點(diǎn)合金和外界條件有關(guān)。比較相同的加熱面積,加熱功率20W、24W、28W、32W和36W時(shí)的儲(chǔ)熱性能,發(fā)現(xiàn)功率越大,儲(chǔ)能式溫控單元的溫度不均勻性越大,失效時(shí)的吸熱量越小。
【圖文】：

純度均大于 99.99%的。制備的低熔點(diǎn)合金成分如下表 2-1 所示，制備設(shè)備：高頻真空加熱爐，如圖2-1 所示。表 2-1 本文研究所選的低熔點(diǎn)合金成分編號(hào)低熔點(diǎn)合金的成分(wt%)Cd In Sn Pb Bi1 0 21 12 18 492 0 51 16.5 0 32.53 9.6 4 12.8 25.6 484 10 0 13.3 26.7 505 8.5 0 11.3 37.7 42.5圖 2-1 高頻真空加熱爐制備方法：每種低熔點(diǎn)合金配制 1.5kg，按照文獻(xiàn)中給定的成分和自己設(shè)計(jì)的

熔點(diǎn)合金吸收的熱量越多，相同條件下，對(duì)電子設(shè)備熔點(diǎn)合金相變潛熱值的選擇至關(guān)重要。選擇儲(chǔ)能式溫溫度是主要考慮的物性之一，只有儲(chǔ)能材料的相變溫能發(fā)揮應(yīng)有的作用。相變溫度和相變潛熱主要使用差：差示掃描量熱法是在程序控制下，使得參比樣品和，當(dāng)被測(cè)樣品與參比樣品存在溫差時(shí)或被測(cè)樣品發(fā)生進(jìn)行加熱，保證參比樣品與被測(cè)樣品的溫度相等，設(shè)品和被測(cè)樣品之間的功率差。DSC 曲線以測(cè)試樣品吸樣品的溫度作為橫坐標(biāo)，由 DSC 曲線可以得到被測(cè)樣：美國梅特勒-托利多公司生產(chǎn)的 DSC 3 型差示掃描量術(shù)參數(shù)：加熱速率 0.02~300℃/min，溫度范圍-150~70。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN407

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2650447