《导热理论基础》PPT课件.ppt

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1、导热理论基础导热理论基础uu金属材料的导热系数较大，金属材料的导热系数较大，uu固体非金属材料的导热系数较小，固体非金属材料的导热系数较小，uu纯金属导热系数值大于合金纯金属导热系数值大于合金,uu且合金中杂质含量越多且合金中杂质含量越多,导热系数值越导热系数值越小小,而气体的导热系数最小。而气体的导热系数最小。1.1.不同的材料导热系数也不同，导热系数越大，热传导能力不同的材料导热系数也不同，导热系数越大，热传导能力不同的材料导热系数也不同，导热系数越大，热传导能力不同的材料导热系数也不同，导热系数越大，热传导能力越强越强越强越强 导热系数的大小表明金属导热能力的大小，导热系数越导热系数的大

2、小表明金属导热能力的大小，导热系数越导热系数的大小表明金属导热能力的大小，导热系数越导热系数的大小表明金属导热能力的大小，导热系数越大，导热热阻值相应降低，导热能力增强。大，导热热阻值相应降低，导热能力增强。大，导热热阻值相应降低，导热能力增强。大，导热热阻值相应降低，导热能力增强。在金属材料中，在金属材料中，在金属材料中，在金属材料中，银的导热系数最高银的导热系数最高银的导热系数最高银的导热系数最高(表表表表)，但成本高；纯铜其次，但加工不容，但成本高；纯铜其次，但加工不容，但成本高；纯铜其次，但加工不容，但成本高；纯铜其次，但加工不容易。在风冷散热器中一般用易。在风冷散热器中一般用易。在风

3、冷散热器中一般用易。在风冷散热器中一般用6063T56063T5铝合金，这是因为铝合金铝合金，这是因为铝合金铝合金，这是因为铝合金铝合金，这是因为铝合金的加工性好的加工性好的加工性好的加工性好(纯铝由于硬度不足，很难进行切削加工纯铝由于硬度不足，很难进行切削加工纯铝由于硬度不足，很难进行切削加工纯铝由于硬度不足，很难进行切削加工)、表面、表面、表面、表面处理容易、成本低廉。但随着散热需求的提高，综合运用各处理容易、成本低廉。但随着散热需求的提高，综合运用各处理容易、成本低廉。但随着散热需求的提高，综合运用各处理容易、成本低廉。但随着散热需求的提高，综合运用各种导热系数高的材料，已是大势所趋。有

4、部分散热片采用了种导热系数高的材料，已是大势所趋。有部分散热片采用了种导热系数高的材料，已是大势所趋。有部分散热片采用了种导热系数高的材料，已是大势所趋。有部分散热片采用了纯铜或铜铝结合的方式来制造。例如，有的散热片底部采用纯铜或铜铝结合的方式来制造。例如，有的散热片底部采用纯铜或铜铝结合的方式来制造。例如，有的散热片底部采用纯铜或铜铝结合的方式来制造。例如，有的散热片底部采用纯铜，是为了发挥铜的导热系数大，传热量相对大的优点，纯铜，是为了发挥铜的导热系数大，传热量相对大的优点，纯铜，是为了发挥铜的导热系数大，传热量相对大的优点，纯铜，是为了发挥铜的导热系数大，传热量相对大的优点，而鳍片部分仍

5、采用铝合金片，是为了加工容易，将换热面积而鳍片部分仍采用铝合金片，是为了加工容易，将换热面积而鳍片部分仍采用铝合金片，是为了加工容易，将换热面积而鳍片部分仍采用铝合金片，是为了加工容易，将换热面积尽可能做大，以便对流换热量增大。但是此种方法最大的难尽可能做大，以便对流换热量增大。但是此种方法最大的难尽可能做大，以便对流换热量增大。但是此种方法最大的难尽可能做大，以便对流换热量增大。但是此种方法最大的难点在于如何将铜与铝型鳍片充分地连接，如果连接不好，接点在于如何将铜与铝型鳍片充分地连接，如果连接不好，接点在于如何将铜与铝型鳍片充分地连接，如果连接不好，接点在于如何将铜与铝型鳍片充分地连接，如果

6、连接不好，接触热阻会大量产生，反而影响散热效果。触热阻会大量产生，反而影响散热效果。触热阻会大量产生，反而影响散热效果。触热阻会大量产生，反而影响散热效果。n n2.2.材质相同时，接触面积越大，热传导效果越明材质相同时，接触面积越大，热传导效果越明显显 根据热传导理论，导热量与接触面积成正比。根据热传导理论，导热量与接触面积成正比。对于对于CPUCPU散热器而言，散热器而言，CPUCPU表面积已越来越来越表面积已越来越来越小，接触面积已经受限，且散热器底部与小，接触面积已经受限，且散热器底部与CPUCPU表表面因不可能完全平滑，所以需要选用适当的导热面因不可能完全平滑，所以需要选用适当的导热

7、介质填充空隙，可增大接触面积，达到将热源的介质填充空隙，可增大接触面积，达到将热源的热量大量带走的目的。前面谈到，散热片吸入的热量大量带走的目的。前面谈到，散热片吸入的热量要尽量传至鳍片以便对流换热，主要靠改善热量要尽量传至鳍片以便对流换热，主要靠改善鳍片与散热片的接触面积来实现，鳍片底部与散鳍片与散热片的接触面积来实现，鳍片底部与散热片基部的连接处用弧状，就是为了增大接触面热片基部的连接处用弧状，就是为了增大接触面积。积。部分材料的导热系数部分材料的导热系数n n材料材料 导热率导热率 n n银银 99.9%411 W/99.9%411 W/n n纯铝纯铝 237 W/237 W/n n硬铝

8、硬铝4.5%Cu 177 W/4.5%Cu 177 W/n n60616061型铝合金型铝合金 155 W/155 W/n n纯铜纯铜 398 W/398 W/n n10701070型铝合金型铝合金 226 W/226 W/n n铸铝铸铝4.5%Cu 163 W/4.5%Cu 163 W/n n10501050型铝合金型铝合金 209 W/209 W/n n金金 315 W/315 W/n n60636063型铝合金型铝合金 201 W/201 W/n nMg,0.6%Mn 148 W/Mg,0.6%Mn 148 W/n n青铜青铜25%Sn 26 W/25%Sn 26 W/n nCPUCPU

9、是一个高密度的发热源，先要把热量分散到一个较大的面积，再是一个高密度的发热源，先要把热量分散到一个较大的面积，再借助风扇的强制对流作用将其散发到空气中，达到散热目的。热量从借助风扇的强制对流作用将其散发到空气中，达到散热目的。热量从CPUCPU核心散发到散热片表面，是一个热传导过程。散热片选用较高导核心散发到散热片表面，是一个热传导过程。散热片选用较高导热系数的材料对提高热传导效率很有帮助，如铝的导热系为热系数的材料对提高热传导效率很有帮助，如铝的导热系为735KJ/(M.H.K)735KJ/(M.H.K)，铜的导热系数为，铜的导热系数为1386KJ/(M.H.K)1386KJ/(M.H.K)

10、，在所有其它条件均，在所有其它条件均相同的时候，铜在单位时间内传导的热量是铝的近两倍。可见将铝合相同的时候，铜在单位时间内传导的热量是铝的近两倍。可见将铝合金散热片改用铜来制造，对热的传导速率将会有一个很可观的提升，金散热片改用铜来制造，对热的传导速率将会有一个很可观的提升，这样当然就对这样当然就对CPUCPU高度集中的热量具有明显高度集中的热量具有明显“疗效疗效”。但是，还需要。但是，还需要考虑考虑铜的比重比铝大，将不符合散热片重量限制的要求；红铜的硬度铜的比重比铝大，将不符合散热片重量限制的要求；红铜的硬度不如铝合金不如铝合金AL6063AL6063，某些机械加工（如剖沟等）性能不如铝；，

11、某些机械加工（如剖沟等）性能不如铝；铜的熔铜的熔点比铝高很多，不利于挤压成形（点比铝高很多，不利于挤压成形（ExtrusionExtrusion）等等问题。）等等问题。传热的基本方式传热的基本方式（1 1）热传导：）热传导：纯导热过程：物体各部分之间不发生相对位移。纯导热过程：物体各部分之间不发生相对位移。（2 2）对流传热）对流传热 对流传热：是指流体各部分质点发生相对位移而对流传热：是指流体各部分质点发生相对位移而引起的热量传递过程。因而对流只能发生在流体引起的热量传递过程。因而对流只能发生在流体中。中。（3)3)辐射传热辐射传热因热原因而发出辐射能的过程称为热辐射。因热原因而发出辐射能的

12、过程称为热辐射。铜底铝鳍铜底铝鳍但由于银的价格相当昂贵，因此目前还没有哪个厂但由于银的价格相当昂贵，因此目前还没有哪个厂商采用纯银来制造散热器因此现在市场上比较流商采用纯银来制造散热器因此现在市场上比较流行的高档散热片大多采用铜来做为导热材质。行的高档散热片大多采用铜来做为导热材质。采用了采用了 铜底铝鳍铜底铝鳍 的设计，所谓的设计，所谓 铜底铝鳍铜底铝鳍 就是与就是与处理器表面接触的底板采用纯铜材料，而散热鳍处理器表面接触的底板采用纯铜材料，而散热鳍片则继续沿用铝。这种结构能充分发挥铜热传导片则继续沿用铝。这种结构能充分发挥铜热传导快的优点，增大了散热面积，使快的优点，增大了散热面积，使CPUCPU产生的热量产生的热量迅速散除。迅速散除。铜的比重比铝大铜的比重比铝大?还是某些加工性能不如铜呢还是某些加工性能不如铜呢?众所周知，散热片材质的导热性能与材料的导热系数息息相关，从金属导热系数的排位来看，最好的是银，其次是铜，铝则位居第三各种物质的导热系数大致范围金属：2.3-420 w/mk建材：0.25-3 w/mk绝缘材料：0.0250.25 w/mk液体：0.090.6 w/mk气体：0.0060.4 w/mk