Kupfer- vs. Aluminium-Kühlkörper: Was ist besser?

Kühlkörper sind wesentliche Elemente dieser Systeme, die Wärme erzeugen und auf einem guten Temperaturniveau bleiben, um eine Verschlechterung durch hohe Temperaturen zu verhindern. Die Eigenschaft von Kupfer, die Wärmeenergie auf der Mikroebene elektronischer Schaltkreise zu steuern, macht es zu einer neuen Kühlkörperoption für die High-Tech-Computerindustrie. Kupfer vs. Aluminium-Kühlkörpermaterial haben Aspekte in Bezug auf Wärmeübertragung, Wärmeträgheit, Wärmeleitfähigkeit und Kosten. Um das richtige Material und thermische Profil beurteilen zu können, sollten Kenntnisse über diese Effekte vorhanden sein.

Kühlkörper-Material

Dieses Material leitet Wärme von der thermischen Seite ab und stellt sie durch freie Elektronenbewegung zur Senkenseite für die Atmosphäre bereit. Die wichtigsten und wichtigsten Eigenschaften dieser Art von Materialien sind die Effizienz der Wärmeübertragung, das geringe Gewicht, die Stabilität, die einfache Extrusion/Bearbeitung und die Kosten. Unter Berücksichtigung dieser Eigenschaften sind Aluminium und Kupfer optimale Kühlkörpermaterialien. Weil die Metallurgie dieser Materialien machbar ist und in der Industrie Anwendung findet. Die Hauptfrage besteht jedoch darin, das richtige und kostengünstige Kühlkörpermaterial mit guten Wärmeübertragungsfunktionen/Wärmetauschereigenschaften auszuwählen. Weitere Informationen finden Sie in diesen YouTube-Videos.

Gemeinsamer Kühlkörpertyp

Kühlkörpermaterialien werden aufgrund ihrer einfachen Herstellung, Extrusion, Designart und Anwendung in Geräten in verschiedene Kategorien eingeteilt. Der Gehalt an Kupfer- und Aluminium-Kühlkörpern hängt auch mit der Art der Kühlkörper zusammen. Verschiedene Arten von Kühlkörpermaterialien sind:

Kühlkörperprofile aus Aluminium

Aluminiummaterial verfügt über gute Extrusionseigenschaften mit hervorstehenden dünnen Rippen und einer maximalen Oberfläche für Wärmeübertragungsfunktionen. Diese Profile sind das Ergebnis eines Extrusionsprozesses. Es ist eine kostengünstige, effiziente, allgemein verfügbare und gute Methode zur Wärmeübertragung. Abbildung Nr. 1 zeigt Kühlkörperprofile aus Aluminium. Abbildung Nr.1 ​​Kühlkörperprofil aus Aluminium.

Abbildung Nr.1 ​​Kühlkörperprofil aus Aluminium

Runder Aluminium-Kühlkörper

Diese Profile sind kreisförmig mit dünnen Rippen in radialer Richtung und haben Vorsprünge in axialer Richtung. Sie können über ihre Oberfläche Wärme abstrahlen und an die Atmosphäre übertragen. Dies ist eine gängige Methode zur Temperaturregelung elektronischer Geräte. Abbildung Nr. 2 zeigt das runde Aluminium-Kühlkörperprofil. Abbildung Nr.2 Kühlkörperprofil aus Aluminium.

Abbildung Nr.2 ​​Kühlkörperprofil aus Aluminium

CPU-Kühler aus Vollkupfer

Es ist eine effizientere und fortschrittlichere Methode, Wärme von der CPU eines High-Tech-Computers an die Atmosphäre abzugeben. Herkömmliche Computer-CPUs verwenden möglicherweise einen Kühlkörper aus Aluminium, High-Tech-Computer-CPUs müssen jedoch mehr Joule-Energie pro Sekunde exportieren. Daher ist Kupfer das beste Material für diese Aktivität, da es mehr als vierzig Prozent Joule Wärme pro Sekunde abgeben kann als Aluminium.

Elektrisches Kupferrohr

Kupferrohre übertragen Flüssigkeit im Strahlungs- und Konvektionsmodus von einer Seite mit hoher thermischer Energie zur Kühlkörperseite mit niedriger Temperatur. Es kann Flüssigkeit aufnehmen und gibt ihre Wärme im Zirkulationsmodus an den Außenumfang des Rohrs ab. Die Wärmeübertragung an die Atmosphäre erfolgt durch physikalische Anregung/Konvektion von Luftmolekülen und Strahlung.

Welches Metall erhitzt sich am schnellsten?

Wenn man die Kühlkörpermaterialien Kupfer und Aluminium vergleicht und sich Tabelle Nr. 1 ansieht, wird klar, dass Kupfer zum Aufheizen nur XNUMX bis XNUMX Prozent der Wärmeenergie benötigt.

Diese Tatsache ist auf die hohe Wärmeleitfähigkeit von Kupfer und die hohe Anzahl verfügbarer Valenzelektronen zurückzuführen. Es vereinfacht die Temperaturverteilung des Kühlkörpers für mikroelektronische Geräte erheblich. Denn Mikroelektronik benötigt sofort eine geringe Wärmeverteilung und Kupfer kann diese Bereitstellung bereitstellen.

Welches Metall ist der beste Wärmeleiter?

Kupfer kann aufgrund der großen Anzahl von Valenzelektronen und der hohen Elektronendriftgeschwindigkeit mehr Wärmeenergie leiten (pro Sekunde für eine Längeneinheit und Kelvin-Temperatur). Auch Tabelle Nr. 2 zeigt die gleiche Tatsache.

Somit kann Kupfer am negativen Ende mehr Valenzelektronen bereitstellen. Es kann Wärme in jede verfügbare Richtung leiten, ableiten und abstrahlen, um Bauteile kühl und effizient auf den Betriebstemperaturbereich zu bringen.

Bestes Kühlkörpermaterial

Das beste Kühlkörpermaterial hängt von folgenden Faktoren ab:

1. Einfache Herstellung

2. Einfache Bearbeitung oder Extrusion dünner Rippen

3. Leitet mehr Wärme in kürzerer Zeit

4. Einfaches Aufheizen

5. Thermische Stabilität bei hohen Temperaturen

6. Duktil bei Arbeitstemperatur

7. Billig

Wenn man Kupfer- und Aluminiumspülenmaterialien mit diesen 7 Schritten vergleicht, wird deutlich, dass nicht ein Material alle diese Eigenschaften aufweist. Daher besteht die einzige Möglichkeit darin, die Eigenschaften eines Materials für eine bestimmte Anwendung zu priorisieren.

Welches ist ein besserer Kühlkörper aus Kupfer oder Aluminium?

Wenn es sich bei der Anwendung um Mikroelektronik handelt, die weniger Wärmebehandlung erfordert und hohe Kosten verursachen kann, ist Kupfer ein besserer Kühlkörper als Aluminium. Wenn das Produkt jedoch eine durchschnittliche Wärmemenge zur Ableitung vom Wärmetauscher benötigt und sich keine hohen Kosten für Bearbeitung und Material leisten lassen (Kupfer-Kühlkörper sind teurer als Aluminium), dann ist Aluminium das bessere Kühlkörpermaterial als Kupfer.

Wärmeleitfähigkeit

Die Wärmeleitfähigkeit definiert die Effizienz und Wärmeübertragungsfunktionen des Kühlkörpermaterials bei optimalem Temperaturniveau. Somit kann man sagen, dass die hohe Wärmeleitfähigkeit von Kupfer es für die Wärmeübertragung in der Mikroelektronik geeignet macht, ohne dass es selbst bei niedrigen Temperaturen zu einer Überhitzung der Komponenten kommt. Tabelle Nr. 2 zeigt die Wärmeleitfähigkeiten von Kupfer und Aluminium.

Kühlkörper oxidiert

Beide Kühlkörpermaterialien werden bei hohen Temperaturen oxidiert, aber im Fall von Kupfer kommt es bei einer Temperatur von etwa zweihundertfünfzig Grad Celsius zur schwarzen Oxidation. Allerdings kann Aluminium bei einer Temperatur von 3 Grad Celsius oxidieren, sodass sich nach der Wärmeübertragung kein Kühlkörpermaterial entwickeln kann. Abbildung Nr. XNUMX zeigt die Schwarzoxidation von Kupfer und Aluminium. Ein chemischer Angriff kann auch zur Oxidation beider Materialien führen.

Abbildung Nr.3 Kupferschwarzoxidation.

Gewicht und Kosten

Gewicht: Kupfer ist etwa dreimal dichter und hat ein Gewicht pro Würfeleinheit als Aluminium, wodurch es für gewichtsempfindliche Geräte weniger geeignet ist. Tabelle Nr. 3 zeigt die Dichte von Kupfer und Aluminium.

Tabelle Nr. 3 Dichten von Kupfer und Aluminium.

Kosten: Aufgrund der Hochtemperaturmetallurgie, des geringeren Erzreichtums und der Kupfergewinnung sind die Kosten etwa dreimal so hoch wie die von Aluminium, sodass Kupferkühlkörper teurer sind als Aluminium.

Bearbeitbarkeit

Aluminium-Kühlkörper sind ein gutes Material zum Formen in Rippenformen und zum Extrudieren für eine endgültige Wärmeübertragungsform mit großer Oberfläche. Aufgrund seiner Einfachheit und Vielseitigkeit ist dies ein gängiges Verfahren für Aluminium-Wärmeübertragungskühlkörper. Manchmal ist aufgrund der komplexen Lamellenform von Aluminiumprofilen eine CNC-Bearbeitung erforderlich, daher ist die Bearbeitung für diese Art von Arbeit unerlässlich. Kupfer eignet sich nicht für die Extrusion von Rippenformprofilen, da beim Formen und Formen viel Wärmeenergie verbraucht wird und es daher einer maschinellen Bearbeitung unterzogen wird.

Warum sollten Sie sich für einen maßgeschneiderten Kühlkörper von Tuofa entscheiden?

Wenn die Anwendung einen benutzerdefinierten Kühlkörper mit Parametern erfordert, können nur Experten empfehlen, sich für Kupfer- oder Aluminium-Kühlkörpermaterialien zu entscheiden. Der Kunde kann Kupfer aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit und Aluminium aufgrund seiner geringen Kosten wählen, Tuofa kann jedoch detaillierte Analysen für Metallurgie, Extrusion und CNC-Bearbeitung durchführen. Tuofa verfügt über eine ISO 9001-Zertifizierung mit Erfahrung in Wärmeübertragungsfunktionen und CNC-Bearbeitung von Spülbeckenmaterialien. Man könnte sich zum Beispiel vorstellen, das Konzept eines Flüssigmetall-Aluminium-Kühlkörpers zu verwenden, aber Tuofa kann über die reaktive Reaktion zwischen Flüssigmetall und Aluminium-Kühlkörper berichten. Weitere Informationen finden Sie unter toufa-cncmachining.com.

FAQs zum Metallkühlkörper

Ist Kupfer oder Aluminium ein besserer Leiter?

Kupfer ist ein besserer Wärmeleiter als Aluminium, aber es ist teuer und unterliegt Einschränkungen bei der Extrusion von Rippenprofilen und der Schwarzoxidation. Kupfer kann seine Wärmeleitfähigkeit verlieren, wenn thermische Bedingungen die Chemie, Anodisierungsreaktionen, Valenzelektronen und Korrosionseigenschaften stören.

Ist Aluminium oder Kupfer besser für Heatpipes?

Kupfer eignet sich besser für Wärmerohre, da es Wärmeenergie an den Materialumfang leiten kann, die sie durch Strahlungswärme und Konvektion weiter an die Atmosphäre überträgt. Beim Extrudieren von Kupfer oder beim Ziehen für die Rohrherstellung bestehen jedoch metallurgische Einschränkungen.