5 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое теплопроводный цемент

Теплопроводные пасты, клеи, заливочные компаунды и изолирующие термоинтерфейсы — назначение и применение

Чтобы улучшить качество переноса тепла от поверхности, которую необходимо эффективно охлаждать, к устройству, которое призвано данное тепло утилизировать, используют так называемые термоинтерфейсы.

Термоинтерфейсом называется слой, как правило, многокомпонентного теплопроводящего состава, обычно пасты или компаунда.

Наиболее популярными термоинтерфейсами на сегодня являются те, что применяются на микроэлектронных компонентах внутри компьютеров: на процессорах, на чипах видеокарт и т. д. Широко распространены термоинтерфейсы и в другой электронике, где силовые цепи также испытывают сильный нагрев и поэтому нуждаются в эффективном и качественном охлаждении. Применимы термоинтерфейсы и в разного рода системах теплоснабжения.

Так или иначе, различные теплопроводные составы используются в производстве силовой электроники, радиоэлектроники, вычислительной и измерительной техники, в устройствах с датчиками температуры и т. д., то есть там, где обычно присутствуют нагреваемые от рабочего тока или как-то по-другому компоненты с высоким тепловыделением. Сегодня встречаются термоинтерфейсы следующих форм: паста, клей, компаунд, металл, прокладка.

Теплопроводная паста

Теплопроводная паста или просто термопаста — очень распространенная форма современного термоинтерфейса. Она представляет собой многокомпонентный пластичный состав, обладающий хорошей теплопроводностью. Термопасты используют для снижения теплового сопротивления между двумя контактирующими поверхностями, например между чипом и радиатором.

Благодаря теплопроводящей пасте, воздух с его низкой теплопроводностью между радиатором и охлаждаемой поверхностью, заменяется на пасту со значительно более высокой теплопроводностью.

Самые распространенные пасты российского производства — КПТ-8 и АлСил-3. Также популярны пасты марок Zalman, Cooler Master и Steel Frost.

Главные требования к теплопроводной пасте заключаются в том, чтобы она обладала по возможности наименьшим тепловым сопротивлением, стабильно сохраняла бы свои свойства с течением времени и во всем диапазоне рабочих температур, легко наносилась и смывалась, а в некоторых случаях полезно чтобы она обладала еще и надлежащими электроизоляционными свойствами.

Производство теплопроводных паст связано с использованием лучших теплопроводящих компонентов и наполнителей с достаточно высокой теплопроводностью.

Микродисперсные и нанодисперсные порошки и смеси на основе вольфрама, меди, серебра, алмаза, оксида цинка и алюминия, нитрида алюминия и бора, графита, графена и т. д.

Связующим веществом в составе пасты может быть минеральное или синтетическое масло, различные смеси и жидкости с низкой испаряемостью. Есть термопасты, связующий компонент которых полимеризуется на воздухе.

Бывает, для того чтобы повысить плотность пасты, в ее состав добавляют легкоиспаряемые компоненты, дабы при нанесении паста была бы жидкой, а затем превращалась в термоинтерфейс высокой плотности и теплопроводности. Теплопроводные составы такого типа имеют характерное свойство выходить на максимум теплопроводности спустя от 5 до 100 часов работы в обычном режиме.

Есть пасты на основе металлов, которые при комнатной температуре являются жидкими. Такие пасты состоят из чистых галлия и индия, а также сплавов на их основе.

Лучшие и наиболее дорогостоящие пасты готовят на основе серебра. Оптимальными считаются пасты на основе оксида алюминия. Серебро и алюминий дают наименьшее тепловое сопротивление конечного продукта. Пасты на основе керамики стоят дешевле, но и эффективность у них меньше.

Простейшую термопасту можно изготовить смешав порошок, полученный из грифеля простого графитового карандаша, натертого на наждачной бумаге, с несколькими каплями минерального смазочного масла.

Как отмечалось выше, обычное применение термопасты — в качестве термоинтерфейсов в электронных устройствах, где она необходима, и наносится между тепловыделяющим элементом и конструкцией отводящей тепло, например между процессором и кулером.

Главное, что необходимо соблюсти, применяя теплопроводящую пасту, — толщина слоя должна быть минимальной. Чтобы этого добиться, необходимо четко соблюдать рекомендации от изготовителя пасты.

Немного пасты наносится на область теплового контакта двух деталей, а затем она просто раздавливается во время прижима двух поверхностей друг к другу. Так паста заполнит малейшие ямки на поверхностях и поспособствует образованию однородной среды для распространения и передачи тепла наружу.

Хороша термопаста для охлаждения различных узлов и компонентов электроники, тепловыделение которых выше допустимого для того или иного компонента, в зависимости от вида и особенностей конкретного корпуса. Микросхемы и транзисторы импульсных источников питания, блоков строчной развертки устройств с кинескопами, силовые каскады акустических усилителей и т. д. — обычные места применения термопасты.

Теплопроводный клей

Когда применение теплопроводной пасты по какой-нибудь причине невозможно, например из-за отсутствия возможности плотно прижать компоненты друг к другу крепежом, прибегают к использованию теплопроводного клея. Радиатор просто приклеивают к транзистору, процессору, микросхеме и т. д.

Соединение получается неразборным, поэтому требует высокоточного подхода и соблюдения технологии правильной и качественной склейки. Если технологию нарушить, толщина термоинтерфейса может получиться очень большой, и теплопроводность соединения ухудшится.

Теплопроводные заливочные компаунды

Когда кроме высокой теплопроводности требуется герметичность, электрическая и механическая прочность, охлаждаемые модули просто заливают полимеризуемым компаундом, который призван передать тепло от нагреваемого компонента на корпус прибора.

Читать еще:  Марки цементного раствора назначение

В случае если охлаждаемый модуль должен рассеивать много тепла, то и компаунд должен обладать достаточной стойкостью к нагреву, к термоциклированию, быть способным выдержать термическое напряжение, возникающее из-за температурного градиента внутри модуля.

Легкоплавкие металлы

Все более набирают популярность термоинтерфейсы, в основе которых спайка двух поверхностей легкоплавким металлом. Если технологию применить правильно, то можно получить рекордно низкую удельную теплопроводность, однако метод сложен и несет с собой много ограничений.

Прежде всего необходимо качественно подготовить к монтажу сопрягаемые поверхности, в зависимости от их материала, это может стать непростой задачей.

На технологичных производствах возможна пайка любых металлов, несмотря на то, что некоторые из них требуют особой подготовки поверхности. В быту качественно соединить получится лишь металлы хорошо поддающиеся лужению: медь, серебро, золото и т. п.

Керамика, алюминий и полимеры совершенно не поддаются лужению, с ними дело обстоит сложнее, здесь не получится достичь гальванической изоляции деталей.

Прежде чем начать паять, будущие соединяемые поверхности необходимо очистить от всевозможных загрязнений. Важно сделать это качественно, очистить от следов коррозии, ведь при низких температурах флюсы в принципе не помогут.

Очистку обычно выполняют механически, с применением спирта, эфира или ацетона. Именно для этого в упаковке с термоинтерфейсом иногда присутствует жесткая мочалка и проспиртованная салфетка. Работу нужно проводить в перчатках, так как жир, который может попасть с рук, непременно ухудшит качество пайки.

Сама пайка должна выполняться с нагревом и соблюдением усилия, которое задает производитель. Некоторые из промышленных термоинтерфейсов требуют обязательного предварительного прогрева соединяемых деталей до 60-90 °C, а это может быть опасно для некоторых чувствительных электронных компонентов. Первоначальный разогрев обычно выполняют феном, а затем завершают пайку саморазогревом работающего устройства.

Термоинтерфейсы данного типа продаются в виде фольги, изготовленной из слава обладающего температурой плавления немного выше комнатной, а также в виде паст. Например сплав Филдса в виде фольги имеет температуру плавления от 50 °C. Галинстан в форме пасты плавится уже при комнатной температуре. Пасты, в отличие от фольги, применять сложнее, так как их нужно очень хорошо вмазывать в спаиваемые поверхности, тогда как фольга требует лишь надлежащего прогрева при монтаже.

Изолирующие прокладки

В силовой электронике часто необходима электрическая изоляция между теплопередающими и теплопринимающими элементами. Поэтому, когда теплопроводящая паста не подходит, используют силиконовые, слюдяные или керамические подложки — прокладки.

Гибкие мягкие прокладки изготавливаются из силикона, твердые — из керамики. Встречаются печатные платы на основе медного или алюминиевого листа, покрытого тонким слоем керамики, поверх которого наносятся медные фольгированные дорожки.

Обычно это односторонние платы, с одной стороны дорожки, а с другой — поверхность для крепления к радиатору.

Кроме того выпускаются силовые компоненты в специальных корпусах, у которых металлическая часть корпуса, которая крепится к теплоотводу, сразу покрыта слоем эпоксидного состава.

Особенности применения термоинтерфейсов

При нанесении и снятии термоинтерфейса необходимо строго соблюдать рекомендации его производителя, а также производителя охлаждаемого (охлаждающего) устройства. Особую осторожность важно проявлять работая с электропроводящими термоинтерфейсами, поскольку его излишки могут попасть на другие цепи и вызвать короткое замыкание.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Теплоизолированный цемент марки ThermoCEM LT

Сложности, возникающие при креплении скважин в зонах распространения ММП

Геологические условия п-ова Ямал, и в частности Бованенковского и Харасавэйского месторождений, характеризуются повсеместным распространением многолетнемерзлых пород (ММП), имеющих значительную льдистость за счёт включений, наличием мощных залежей подземного льда, наличием криопегов и широким развитием опасных мерзлотно-геологических процессов.

Для обеспечения устойчивости крепи газовой скважины на Бованенковском месторождении применяется комплекс мероприятий по сохранению вмещающих пород в мёрзлом состоянии, включающий:

  • теплоизолированные лифтовые трубы (ТЛТ),
  • теплоизолированные обсадные трубы (термокейсы),
  • приустьевые охлаждающие трубчатые парожидкостные системы в комбинации с отдельностоящими термостабилизаторами, направленные на предотвращение формирования просадочных термокарстовых воронок в приустьевой зоне скважин и на обеспечение устойчивости фундаментов прискважинных сооружений (СОУ).

Затраты на приобретение, установку и обслуживание систем пассивной теплоизоляции составляют значительный вклад в сметную стоимость строительства скважины.

Кроме того, в случае применения данных систем возникают сопутствующие расходы, связанные с бурением долотом увеличенного диаметра, либо применением расширителя (для обеспечения проходного диаметра, обеспечивающего спуск термокейса), расходы на отсыпку кустовой площадки бурения, расходы на бурение скважин для спуска элементов СОУ и т.д.

Расходы на устройства пассивной теплоизоляции

Проблема сохранения в мёрзлом состоянии пород, вмещающих скважину, приобретает ещё большую актуальность с учётом того, что осваиваемые и намеченные к освоению месторождения на п-ове Ямал характеризуются все более сложными геокриологическими условиями и, с учётом перспектив освоения глубоких продуктивных горизонтов, скважины будут характеризоваться более интенсивным тепловым воздействием на вмещающие мёрзлые породы.

Читать еще:  Объемная пропорция цемента с песком

Вместе с тем, используемые составы тампонажного камня, непосредственного контактирующего с массивом мёрзлых пород, как правило, характеризуются недостаточно низким коэффициентом теплопроводности – более 0,5 Вт/(м·К).

Теплоупорные тампонажные материалы марки ThermoCEM LT

Тампонажный материал ThermoCEM LT предназначен для цементирования интервалов многолетнемерзлых пород с высокой объемной льдистостью (до 60%).

Тампонажный материал ThermoCEM LT содержит термоизоляционные композитные полимерные материалы в высокой концентрации, что ограничивает процесс теплообмена между лифтовой колонной и массивом ММП

Теплопроводность камня ThermoCEM LT составляет менее 0,15 Вт/(м·К), что позволяет ограничить, либо исключить применение устройств пассивной теплоизоляции (термокейсы, ТЛТТ, СОУ);

Стоимость тампонажной системы ThermoCEM LT, в пересчете на одну скважину, в десятки раз меньше по сравнению с затратами на устройства пассивной теплоизоляции.

Теплопроводные смеси. Пасты и компаунды

Теплопроводные смеси состоят из теплопроводящих многокомпонентных материалов. Наносят их слоем между прибором, отводящим тепловую энергию и охлажденной поверхностью. Самыми распространенными видами теплопроводных смесей (или как их еще называют термоинтерфейсов) являются теплопроводящие пасты и компаунды.

В быту теплопроводные смеси чаще всего используются для компонентов выделяющих тепло. Например, в персональных компьютерах для процессоров, видеокарт и т.д. В электронике термоинтерфейсы необходимы для отвода температуры от элементов силовых цепей и снижения температурного градиента внутри блоков.

В промышленном нагреве в качестве теплопроводной смеси используют высокотемпературную монтажную пасту. Она не только выполняет функцию теплопроводного элемента, но и обеспечивает плотное прилегание контактного электронагревателя с объектом обогрева.

Виды теплопроводных смесей

Термоинтерфейсы незаменимы в изготовлении электронных компонентов, теплоприборах и измерительных устройствах, их обязательно применяют в радиоэлектронных устройствах выделяющих высокие температуры. Теплопроводные смеси зависимо от сферы применения используются в следующих формах:

  • Пастообразный состав, проводящий тепло;
  • Полимеризующийся состав;
  • Состав с элементами серебра;
  • Клеящийся состав;
  • Тепловые проводники в виде прокладок;
  • Припои и жидкие металлы.

Теплопроводная паста

Данный проводник тепловой энергии состоит из многих компонентов и имеет пластичную консистенцию. Теплопроводные пасты уменьшают тепловое сопротивление между соприкасающимися друг с другом поверхностями. Ими заполняют воздушные подушки, которые образуются между поверхностями охлаждённого объекта и нагревательного элемента. Ведь воздушная среда хоть и является проводником тепла, но зачастую ее теплопроводящих характеристик недостаточно для качественного температурного воздействия. В свою очередь пасты отлично справляются с данной задачей. В промышленном нагреве для работы кольцевых, плоских, патронных и других нагревателей контактного типа используют высокотемпературные монтажные пасты. Их наносят на поверхность нагревателя и объекта монтажа, после чего осуществляют установку первого на необходимый узел оборудования.

Требования к теплопроводной пасте

К основным требованиям, которыми должна обладать теплопроводная паста, относятся следующие характеристики:

  • Заниженные показатели теплового сопротивления;
  • Стабильные характеристики на протяжении всего периода эксплуатации;
  • Свойства пасты не должны изменяться в зависимости от длительности хранения;
  • Стабильная теплопроводность в рабочих диапазонах температур;
  • Удобства в нанесении и смывании с поверхности;
  • В случае участия в высокотемпературном нагреве монтажная паста должна обладать высокими электроизоляционными свойствами.

Составы

В производстве термопасты используют наполнители с высокими показателями тепловой проводимости. Компоненты применены в виде микроскопических дисперсных порошков и их смесей. Материалы для создания термопасты:

  • Металлы (вольфрам, медь, серебро);
  • Микрокристаллы (алмазы);
  • Окиси металлов (цинк, алюминий и т. д);
  • Нитриды (бор, алюминий…);
  • Графит.

Связующими веществами выступают масла минерального и синтетического происхождения, жидкие материалы и их смеси с малым процентом испаряемости. Выпускаются также пасты, у которых при контакте с воздухом некоторые составляющие полимеризуются. Для увеличения плотности в состав таких паст могут добавляться компоненты, поддающиеся быстрому испарению. Это позволяет создать достаточно жидкую смесь при нанесении ее на объект, которая в дальнейшем уплотнится, и будет обладать высокой проводимостью тепла. Теплопроводной состав такого типа приобретает максимально высокие характеристики в течение 5 — 100 часов в штатном режиме работы. Более конкретные данные к каждой пасте указываются в прилагаемой к ней инструкции.

Самыми дорогими пастами являются теплопроводные смеси на основе серебра. Оптимальными по характеристикам и цене считаются термопасты на основе алюминиевой окиси. И серебряные или алюминиевые проводники обладают наименьшими показателями теплового сопротивления. К самым недорогим термопроводникам относятся пасты на керамической основе, но и их эффективность не высока.

Самые простые термопасты изготавливают из порошкового графита, который натирают наждачной бумагой и добавляют к нему несколько капелек обычного минерального смазочного масла.

В состав высокотемпературной монтажной пасты входит смесь мелких порошковых фракций меди и алюминия, которые связываются между собой специальным минеральным составом. Такая смесь при высокотемпературном нагреве является самой эффективной.

Использование

Термопасту используют в электронных приборах в качестве теплового проводника между поверхностью вырабатывающей тепло и приборами, отводящими тепловую энергию. Основным требованием при использовании пасты является нанесение соя небольшой толщины. Чтобы максимально правильно определить необходимую толщину слоя стоит ознакомиться с рекомендациями от производителя.

Читать еще:  Гост условия хранения цемента

Паста, нанесенная на зону теплового контакта, раздавливается во время прижима взаимодействующих поверхностей. Помимо теплового проводника паста выполняет функцию сглаживания поверхностей и заполнения воздушных зазоров.

Другие случаи применения.

Термопасту также часто применяют для охлаждения элементов электроники, которые выделяют намного больше тепловой энергии, чем требуется для имеющегося корпуса.

Теплопроводные заливочные компаунды

Компаунды из полимерного состава применяются в случаях, когда необходимо улучшить герметичность, механические и электрические свойства модуля. В случаях рассеивания тепловой энергии заливочный компаунд должен обеспечивать стойкость к высокой температуре и термоциклированию. Также благодаря компаундам облегчается тепловой отвод от элементов к корпусной оболочке модуля.

Помимо теплопроводных паст и компаундов существуют, и другие приспособления способные выполнять отвод температуры и предотвращать перегрев поверхностей. К таковым относится пайка, теплопроводные клеи и изолирующие термоинтерфейсы.

Подбор теплопроводного материала должен основываться на сфере использования прибора требующего теплового отвода.

Теплопроводящий клей: свойства, применение, изготовление

О том, что такое клей, знают все. Это липкое вещество, необходимое для плотного соединения двух или нескольких элементов между собой. Однако в зависимости от типа скрепляемого материала использовать нужно определенный вид клея: ПВА подходит для картона, кожи, стекла и ткани; «Момент» склеивает металл, пластик, резину, дерево и т. д. Но какой же материал использовать для монтажа теплоотводящих элементов, таких как радиаторы, например?

Для работы с ними необходим специально предназначенный раствор, выдерживающий высокие температуры и обладающий другими важными характеристиками. Именно таковым является теплопроводящий клей.

Для чего нужен?

Для того чтобы скрепление получилось прочным и качественным, не произошло деформации или перегрева деталей при монтаже, нужно обеспечить отвод тепла от элементов, которые во время работы нагреваются. С этой задачей великолепно справляется теплопроводящий клей. Для радиаторов, светодиодов и другой электроники, требующей монтажа, этот раствор просто незаменим. Он работает в широком диапазоне температур. При этом важной особенностью является нетоксичность клеевого раствора, поэтому можно не опасаться использовать его в условиях жилого помещения.

Теплопроводящий клей «Радиал»

Этот клей наиболее популярный среди клеящих веществ с теплопроводящей функцией. Обусловлено это рядом несомненных преимуществ раствора. Во-первых, клей устойчив к влиянию таких факторов, как действие солнечных лучей, изменение внешних природных условий, повышенная влажность воздуха (влаго- и водостоек). Во-вторых, клеящий раствор имеет высокую вязкость и обеспечивает высокую степень сцепляемости таких материалов, как стекло, пластмасса, керамика и даже металл. В-третьих, клей «Радиал» очень прочен (на отрыв 2,3 Мпа и более). Кроме того, используя это клеящее вещество, вы можете не волноваться о возможном возникновении ржавчины на алюминиевых, стальных и серебряных деталях.

Клей обладает высокой теплопроводностью и устойчив к действительно огромным перепадам температур. Его рабочая область колеблется в пределах от -60 до 300 градусов по Цельсию!

Как использовать?

В первую очередь необходимо очистить и обезжирить поверхности, на которые будет наноситься теплопроводящий клей. Сделать это можно с помощью ацетона, бензина или спирта. Далее на подготовленную поверхность наносится клеевой раствор из расчета на 1 квадратный сантиметр не более 1 мл вещества. Детали фиксируются и прижимаются приблизительно на 20-25 минут. После этого нужно какое-то время, а именно 24 часа, чтобы обеспечить прочное сцепление элементов. Через сутки обработанный клеем предмет можно использовать.

Он просто незаменим в тех случаях, когда не представляется возможности применять термостойкие пасты и подложки. Приобрести его можно правктически в любом магазине радиаторов, однако если поблизости такового нет, то можно изгтовить теплопроводящий клей своими руками. Это, конечно, не так просто, но вполне реально.

Как изготовить клей?

Для этого необходимо приготовить глицериновый цемент. Он достаточно прочен и стоек к различного рода воздействиям, рабочая температура достигает 250 градусов. Нам понадобится обезвоженный глицерин: для удаления воды глицерин нужно нагреть до температуры 200 градусов. То же самое необходимо проделать с порошком оксида свинца (греем до 300 градусов). Обе массы охлаждаем и смешиваем — у вас получится кашица, по консистенции напоминающая не очень крутое тесто.

Теперь главное — действовать оперативно. Для нанесения самодельного клея у вас будет около 15-20 минут, после чего клеевая масса затвердеет. Соотношение глицерина и оксида свинца следующее: 25 мл и 100 грамм соответственно.

Заключение

Как видите, теплопроводящий клей является незаменимым средством при работе с радиаторами, при креплении транзистора либо процессора, для монтажа светодиодов и другой электроники. По своим свойствам он превосходит теплопроводные пасты, нетоксичен и высокоустойчив. При этом стоит такой клей совсем недорого — один тюбик обойдется вам в районе 100 рублей. В комплекте к нему предлагается шприц (2 мл). Если у вас остались излишки клея после завершения работ, то просто плотно закройте шприц и оставьте для последующих нужд. Этот клеевой раствор долгое время не засыхает, что является еще одним его несомненным преимуществом.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector