Luận án tiến sĩ: Chế tạo và khảo sát tính chất mao dẫn vật liệu đồng xốp thiêu kết - Ứng dụng ống tản nhiệt thiết bị điện tử
Luận án: Chế tạo vật liệu đồng xốp thiêu kết, khảo sát tính chất mao dẫn, ứng dụng ống tản nhiệt hiệu quả cho thiết bị điện tử công suất lớn.
Luan An
Luận án tiến sĩ
Năm xuất bản
Số trang
123
Thời gian đọc
19 phút
Lượt xem
1
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
40 Point
Tổng quan nhanh
- Chủ đề:
- 1. Tổng quan vật liệu đồng xốp thiêu kết cho ống tản nhiệt
- Số trang:
- 123 trang
- Trường:
- Học viện Khoa học và Công nghệ
- Chuyên ngành:
- Kim loại học
- Tác giả:
- Trịnh Minh Hoàn
- Năm:
- 2022
Tóm tắt nội dung luận án
I. Tổng quan vật liệu đồng xốp thiêu kết cho ống tản nhiệt
Vật liệu đồng xốp thiêu kết đóng vai trò then chốt trong các giải pháp làm mát hiện đại. Thiết bị điện tử công suất lớn tỏa ra lượng nhiệt rất cao trong quá trình làm việc. Phương pháp tản nhiệt truyền thống không còn đáp ứng đủ yêu cầu giải nhiệt nhanh. Ống tản nhiệt (heat pipe) là thiết bị truyền nhiệt thụ động có hiệu suất vượt trội. Thiết bị này vận chuyển nhiệt lượng lớn qua khoảng cách xa với mức chênh lệch nhiệt độ rất nhỏ. Bên trong ống tản nhiệt, lớp vật liệu xốp đảm nhận chức năng dẫn chất lỏng tuần hoàn liên tục. Đồng kim loại sở hữu độ dẫn nhiệt cao, độ bền cơ học tốt và tính dẫn động mao dẫn xuất sắc. Quá trình chế tạo lớp đồng xốp đòi hỏi kỹ thuật luyện kim bột đồng chuẩn xác. Độ ổn định của lớp xốp quyết định trực tiếp đến giới hạn truyền nhiệt cực đại và tuổi thọ thiết bị. Do đó, việc nghiên cứu phát triển vật liệu đồng xốp thiêu kết mở ra giải pháp tối ưu cho ngành công nghiệp điện tử công suất cao.
1.1. Nguyên lý vận hành của ống tản nhiệt heat pipe
Ống tản nhiệt (heat pipe) hoạt động dựa trên chu trình biến đổi pha khép kín của môi chất làm việc. Thiết bị gồm ba khoang chức năng chính: khoang bốc hơi, khoang đoạn nhiệt và khoang ngưng tụ. Tại khoang bốc hơi, môi chất hấp thụ nhiệt từ nguồn phát nóng và chuyển thành thể hơi. Dòng hơi nóng di chuyển nhanh dọc theo ruột ống rỗng về phía khoang ngưng tụ có nhiệt độ thấp hơn. Tại đây, hơi nước tỏa nhiệt ra môi trường ngoài và ngưng tụ lại thành thể lỏng. Lớp cấu trúc mao dẫn (wick structure) lập tức hút chất lỏng ngưng tụ và dẫn ngược về khoang bốc hơi nhờ lực mao dẫn. Quá trình này diễn ra liên tục, tự động và hoàn toàn không tiêu tốn năng lượng điện bên ngoài. Tốc độ tuần hoàn của chất lỏng phụ thuộc chặt chẽ vào độ thẩm thấu của lớp xốp lót trong thành ống kim loại.
1.2. Vai trò của cấu trúc mao dẫn wick structure
Cấu trúc mao dẫn (wick structure) là trái tim vận hành của mọi ống tản nhiệt và buồng bốc hơi (vapor chamber). Cấu trúc này tạo ra áp suất mao dẫn cần thiết để bơm chất lỏng thắng trọng lực và tổn thất áp suất ma sát. Nếu lớp mao dẫn cung cấp không đủ lưu lượng chất lỏng hồi lưu, hiện tượng cạn môi chất (dry-out) sẽ xảy ra ngay lập tức. Hiện tượng này dẫn tới tăng vọt nhiệt độ tại nguồn nhiệt và phá hủy linh kiện điện tử. Vật liệu đồng xốp thiêu kết mang lại diện tích tiếp xúc bề mặt lớn và hệ thống lỗ xốp liên thông hoàn hảo. Mạng lưới này giúp hạ thấp nhiệt trở bay hơi, đồng thời tăng cường đối lưu nhiệt hai pha lỏng - hơi. Việc tối ưu hóa cấu trúc mao dẫn giúp nâng cao giới hạn truyền nhiệt mao dẫn lên mức cao nhất, đảm bảo tính an toàn cho hệ thống.
II. Công nghệ luyện kim bột đồng chế tạo cấu trúc mao dẫn
Công nghệ luyện kim bột đồng là phương pháp cốt lõi để tạo ra vật liệu xốp có cấu trúc kiểm soát. Phương pháp này cho phép tạo ra các mạng lưới mao quản đồng đều và độ liên kết hạt vững chắc. Quy trình sản xuất bao gồm các bước chuẩn bị bột kim loại, phối trộn phụ gia, nén tạo hình hoặc rót lỏng tự do, và thiêu kết nhiệt độ cao. Khi thiêu kết, các nguyên tử đồng khuếch tán qua ranh giới hạt tạo thành các cổ hạt liên kết bền chặt. Cấu trúc mao dẫn (wick structure) thành phẩm cần đáp ứng đồng thời hai tiêu chí: khả năng hút chất lỏng mạnh và độ bền cơ học cao. Việc lựa chọn phương pháp gia công phụ thuộc vào hình dạng ống và yêu cầu tản nhiệt thực tế. Quá trình này đòi hỏi kiểm soát nghiêm ngặt môi trường bảo vệ như khí hydro hoặc chân không để ngăn chặn oxy hóa bề mặt đồng nguyên chất.
2.1. Lựa chọn chất tạo lỗ xốp space holder phù hợp
Chất tạo lỗ xốp (space holder) là phụ gia quan trọng trong việc thiết lập độ xốp mục tiêu cho vật liệu. Kỹ thuật này sử dụng các hạt hữu cơ hoặc muối dễ bay hơi trộn đều cùng bột đồng nguyên liệu. Sau quá trình ép hoặc tạo hình, phôi được gia nhiệt chậm để chất tạo lỗ xốp phân hủy và thoát ra hoàn toàn. Các khoảng trống còn lại hình thành nên hệ thống lỗ xốp liên thông với kích thước xác định trước. Phương pháp này giúp tăng độ xốp tổng mà không làm suy giảm độ liên kết khung kim loại. Độ xốp có thể điều chỉnh linh hoạt từ 40% đến hơn 70% tùy theo tỷ lệ chất đệm pha trộn. Nhờ vậy, vật liệu đồng xốp thiêu kết đạt được độ thẩm thấu chất lỏng vượt trội, giảm thiểu đáng kể tổn thất áp suất dòng chảy bên trong ống nhiệt.
2.2. Kiểm soát quá trình thiêu kết trong lò bảo vệ
Quá trình thiêu kết bột đồng cần thực hiện trong môi trường khí khử hoặc môi trường chân không cao. Môi trường khí hydro (H2) hoặc hỗn hợp argon - hydro thường được ưu tiên sử dụng phổ biến. Khí hydro loại bỏ hoàn toàn màng oxit đồng trên bề mặt hạt, kích hoạt quá trình khuếch tán bề mặt và thể tích. Khi màng oxit biến mất, các hạt đồng dễ dàng tiếp xúc trực tiếp và hình thành liên kết cổ hạt thiêu kết. Tốc độ gia nhiệt và tốc độ làm nguội phải được điều khiển chính xác để tránh nứt vỡ phôi cấu trúc. Sự kiểm soát chặt chẽ này đảm bảo mạng lưới mao quản giữ nguyên hình thái rỗng mà không bị co ngót quá mức. Kết quả tạo ra lớp xốp bám dính chắc chắn vào thành trong của ống tản nhiệt (heat pipe).
III. Kiểm soát độ xốp và độ thấm qua nhiệt độ thiêu kết
Kiểm soát độ xốp và độ thấm là yếu tố quyết định hiệu quả mao dẫn của vật liệu kim loại xốp. Độ xốp biểu thị thể tích khoang rỗng chứa chất lỏng, trong khi độ thấm thể hiện độ thông thoáng của dòng chảy mao quản. Hai đại lượng này có mối quan hệ phụ thuộc chặt chẽ vào chế độ nhiệt trong quá trình luyện kim bột đồng. Nếu nhiệt độ quá cao hoặc thời gian gia nhiệt kéo dài, các lỗ xốp bị co rút và bít kín, làm giảm lưu lượng chất lỏng hồi lưu. Ngược lại, nếu nhiệt độ không đủ, các cổ hạt chưa phát triển hoàn thiện khiến cấu trúc mao dẫn (wick structure) kém bền cơ học. Do đó, việc xác lập chế độ công nghệ chuẩn xác giúp cân bằng tối ưu giữa khả năng hút mao dẫn và khả năng dẫn nhiệt của lớp đồng.
3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian thiêu kết
Nhiệt độ và thời gian thiêu kết chi phối trực tiếp đến động học phát triển cổ hạt và hình thái lỗ xốp. Khi tăng nhiệt độ thiêu kết từ 700°C lên 950°C, quá trình khuếch tán nguyên tử diễn ra mạnh mẽ hơn. Cổ hạt thiêu kết lớn dần, làm tăng độ bền nén và độ dẫn nhiệt của khung đồng xốp. Tuy nhiên, nhiệt độ quá cao khiến các lỗ xốp nhỏ bị thu hẹp hoặc chuyển thành lỗ xốp kín cô lập. Thời gian duy trì nhiệt độ đỉnh cũng cần được tối ưu hóa trong khoảng từ 30 đến 60 phút. Thời gian thiêu kết quá dài làm giảm độ xốp hở và làm tăng trở lực thấm của dòng chất lỏng. Ngược lại, thời gian quá ngắn không đủ tạo liên kết bền vững giữa các hạt bột đồng với nhau và với vỏ ống tản nhiệt.
3.2. Cân bằng giữa độ xốp hở và độ bền cơ học mẫu
Vật liệu đồng xốp thiêu kết cần duy trì tỷ lệ độ xốp hở cao để đảm bảo khả năng chứa và truyền chất lỏng làm việc. Độ xốp hở là tập hợp các kênh rỗng liên thông trực tiếp từ bề mặt vào sâu bên trong khối vật liệu. Độ xốp hở càng lớn thì độ thấm chất lỏng càng cao, giúp giảm thiểu ma sát dòng chảy hồi lưu. Mặc dù vậy, độ xốp quá lớn sẽ làm giảm diện tích mặt cắt kim loại chịu lực, khiến vật liệu dễ bị biến dạng hoặc bong tróc khi chịu áp lực dòng hơi. Nghiên cứu thực nghiệm chứng minh khoảng độ xốp tối ưu dao động từ 50% đến 65%. Mức độ xốp này vừa cung cấp độ bền nén cần thiết, vừa duy trì tính năng mao dẫn ổn định trong suốt vòng đời của ống tản nhiệt (heat pipe).
IV. Tối ưu áp suất mao dẫn bằng bột đồng hình cầu và nhánh
Tối ưu hóa áp suất mao dẫn là chìa khóa để nâng cao hiệu suất làm mát cho ống tản nhiệt và buồng bốc hơi (vapor chamber). Áp suất mao dẫn được sinh ra tại giao diện cong giữa pha lỏng và pha hơi bên trong các kênh xốp. Độ lớn của áp lực này phụ thuộc nghịch đảo vào bán kính hiệu dụng của lỗ mao quản. Lựa chọn dạng hình học và kích thước hạt bột đồng đóng vai trò quyết định đến cấu trúc vi mô này. Hai dạng bột đồng nguyên liệu phổ biến nhất hiện nay là bột đồng hình cầu/dạng nhánh cây. Mỗi loại bột mang lại những đặc tính mao dẫn và độ thẩm thấu riêng biệt cho lớp mao dẫn (wick structure). Việc kết hợp hoặc tinh chỉnh kích thước hạt bột giúp tạo ra các cấu trúc mao dẫn đơn lớp hoặc đa tầng vượt trội.
4.1. Đặc tính mao dẫn của bột đồng hình cầu đồng nhất
Bột đồng hình cầu sở hữu bề mặt nhẵn mịn và tính chảy rất tốt trong quá trình nạp khuôn thiêu kết. Cấu trúc mao dẫn chế tạo từ hạt cầu có kích thước lỗ xốp phân bố đồng đều và dễ dàng dự đoán thông số dòng chảy. Bán kính mao quản hiệu dụng phụ thuộc trực tiếp vào đường kính hạt cầu ban đầu. Hạt cầu kích thước nhỏ tạo ra bán kính mao quản bé, từ đó sinh ra áp suất mao dẫn rất lớn giúp đẩy cột chất lỏng lên cao. Tuy nhiên, mạng lưới hạt cầu chặt chẽ lại tạo ra lực cản ma sát cao hơn, làm giảm độ thấm của môi chất. Để khắc phục, kỹ thuật phối trộn các cỡ hạt cầu khác nhau thường được áp dụng nhằm tạo ra cấu trúc lỗ xốp đa cấp độ (biporous wick), giúp hài hòa giữa lực hút mao dẫn và lưu lượng dòng chảy.
4.2. Khả năng tự hút của bột đồng dạng nhánh cây
Bột đồng dạng nhánh cây (dendritic copper powder) có diện tích bề mặt riêng lớn và hình thái phân nhánh phức tạp. Khi thiêu kết, các nhánh cây đan xen chéo vào nhau tạo nên mạng lưới lỗ xốp cực kỳ phong phú và liên thông đa chiều. Nhờ bề mặt gồ ghề và nhiều góc nhọn vi mô, vật liệu đồng xốp từ bột dạng nhánh thể hiện khả năng thấm ướt tuyệt vời. Tốc độ tự hút chất lỏng và chiều cao dâng mao dẫn của mẫu bột nhánh cao hơn đáng kể so với mẫu bột hình cầu ở cùng dải kích thước. Cấu trúc nhánh giúp duy trì áp suất mao dẫn mạnh mẽ mà vẫn giữ được độ xốp tổng thể ở mức cao. Điều này giúp ngăn chặn nguy cơ cạn chất lỏng cục bộ tại khoang bốc hơi khi nguồn nhiệt tăng công suất đột ngột.
V. Ứng dụng ống tản nhiệt và buồng bốc hơi cho đèn LED
Ứng dụng ống tản nhiệt và buồng bốc hơi mang lại bước đột phá trong giải pháp tản nhiệt cho các thiết bị điện tử công suất lớn. Đèn LED công suất cao từ 200W đến hơn 500W phát sinh mật độ dòng nhiệt cực lớn trên diện tích tiếp xúc nhỏ hẹp. Nếu nhiệt độ điểm nối (junction temperature) không được kiểm soát dưới ngưỡng an toàn, quang thông phát sáng sẽ suy giảm nhanh và tuổi thọ chip LED bị rút ngắn nghiêm trọng. Sử dụng vật liệu đồng xốp thiêu kết làm lớp mao dẫn giúp truyền tải nhiệt lượng tức thì từ đế chip LED đến cánh tản nhiệt nhôm. Sự kết hợp giữa ống tản nhiệt (heat pipe) hoặc buồng bốc hơi (vapor chamber) giúp giảm thiểu nhiệt trở tổng thể, duy trì nhiệt độ làm việc mát mẻ và nâng cao độ bền hoạt động cho hệ thống chiếu sáng công nghiệp.
5.1. Thử nghiệm tản nhiệt cho đèn LED công suất 200W
Thử nghiệm thực tế trên cụm đèn LED công suất 200W cho thấy hiệu quả vượt trội của ống tản nhiệt đồng xốp thiêu kết. Hệ thống tản nhiệt tích hợp ống nhiệt giúp san phẳng nhiệt độ nhanh chóng trên toàn bộ bề mặt đế đèn. Nhiệt độ tại điểm nối chip LED được duy trì ổn định dưới mức 65°C trong suốt quá trình vận hành liên tục nhiều giờ. So với khối tản nhiệt nhôm nguyên khối truyền thống, giải pháp ống tản nhiệt giúp giảm trọng lượng bộ tản nhiệt tới 40% mà vẫn duy trì công suất làm mát tương đương. Độ dẫn nhiệt hiệu dụng của ống nhiệt chế tạo đạt mức hàng ngàn W/m.K, cao gấp nhiều lần so với kim loại đồng đặc. Nhờ đó, chip LED 200W luôn hoạt động ở trạng thái quang thông tối ưu và không bị suy giảm độ sáng.
5.2. Giải pháp làm mát cụm LED công suất cao 500W
Đối với hệ thống chiếu sáng công suất cực đại 500W, mật độ nhiệt tỏa ra đòi hỏi cấu trúc làm mát đa kênh phức hợp. Giải pháp ứng dụng nhiều ống tản nhiệt uốn cong hoặc kết hợp buồng bốc hơi (vapor chamber) phẳng đáy mang lại hiệu năng tối đa. Lớp cấu trúc mao dẫn (wick structure) bằng đồng xốp thiêu kết giúp phân phối dòng nhiệt đồng đều ra toàn bộ diện tích cánh tản nhiệt ngoài. Nhiệt độ bề mặt chip LED 500W được khống chế an toàn dưới 75°C, triệt tiêu hoàn toàn nguy cơ quá nhiệt gây suy giảm tuổi thọ bóng đèn. Kết quả nghiên cứu khẳng định tiềm năng to lớn của vật liệu đồng xốp thiêu kết trong việc làm mát thiết bị chiếu sáng công nghiệp, điện tử viễn thông và trạm sạc xe điện hiện đại.
Mục lục chi tiết luận án
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (123 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- TRỊNH MINH HOÀN CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT MAO DẪN CỦA VẬT LIỆU ĐỒNG XỐP THIÊU KẾT ỨNG DỤNG LÀM ỐNG TẢN NHIỆT CHO CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT LỚN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU HÀ NỘI – 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- TRỊNH MINH HOÀN CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT MAO DẪN CỦA VẬT LIỆU ĐỒNG XỐP THIÊU KẾT ỨNG DỤNG LÀM ỐNG TẢN NHIỆT CHO CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT LỚN Chuyên ngành: Kim loại học Mã số: 9.29 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Đoàn Đình Phương 2. Nguyễn Phú Hùng Hà Nội – 2022 i LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các Thầy hướng dẫn là PGS. Đoàn Đình Phương và PGS.
Nguyễn Phú Hùng đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo và Bộ phận đào tạo Viện Khoa học vật liệu, Học viện Khoa học và Công nghệ đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn các cán bộ khoa học tại Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã đồng hành, động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận án. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới gia đình, bạn bè và người thân, đặc biệt là vợ và con đã luôn động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và hoàn thành luận án.
ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa được công bố trong các công trình khác. Tác giả luận án Trịnh Minh Hoàn iii MỤC LỤC Lời cảm ơn. i Lời cam đoan .ii Mục lục.
iii Danh mục các hình vẽ, đồ thị. vi Danh mục các bảng. xi Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt .xii MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU XỐP ỨNG DỤNG LÀM ỐNG NHIỆT.1 Ống nhiệt: Lịch sử hình thành và phát triển .2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của ống nhiệt .1 Ống nhiệt trọng trường.2 Ống nhiệt có cấu trúc mao dẫn .1 Vỏ ống nhiệt .2 Vật liệu có cấu trúc mao dẫn .3 Chất lỏng làm việc bên trong ống nhiệt .3 Tính toán thiết kế và chế tạo ống nhiệt .1 Chế tạo vật liệu xốp thiêu kết .2 Tính toán, xác định vỏ ống .3 Xác định chất lỏng làm việc trong ống.3 Một số vấn đề cơ bản về mao dẫn .1 Hiện tượng mao dẫn .2 Các phương pháp đo khả năng mao dẫn .1 Các phương pháp xác định áp suất mao dẫn lớn nhất .2 Phương pháp xác định chiều cao cột mao dẫn h .3 Phương pháp xác định khối lượng nước được hút vào trong cấu trúc mao dẫn .4 Tổng quan những nghiên cứu mới trên thế giới về lớp mao dẫn bằng vật liệu xốp thiêu kết .5 Tản nhiệt cho đèn LED công suất cao.
33 Chương 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .1 Nguyên vật liệu thí nghiệm .2 Phương pháp chế tạo mẫu.1 Mẫu vật liệu đồng xốp dạng khối .2 Mẫu đo khả năng tự hút .3 Chế tạo ống nhiệt .3 Phương pháp nghiên cứu .1 Nghiên cứu cấu trúc của vật liệu .1 Phương pháp chụp ảnh SEM và phân tích EDS .2 Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X .2 Phương pháp xác định cơ tính của vật liệu .3 Phương pháp xác định độ xốp của vật liệu .1 Phương pháp xác định độ xốp tổng .2 Phương pháp đo độ xốp hở.3 Phương pháp xác định độ xốp trên ảnh SEM .4 Phương pháp đánh giá khả năng tự hút của vật liệu mao dẫn .5 Phương pháp đo độ dẫn nhiệt của ống nhiệt. 50 Chương 3: CHẾ TẠO, NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CƠ LÝ VÀ TÍNH CHẤT MAO DẪN CỦA VẬT LIỆU ĐỒNG XỐP THIÊU KẾT .1 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến cấu trúc và cơ tính của vật liệu đồng xốp sau thiêu kết .1 Ảnh hưởng của môi trường thiêu kết .2 Ảnh hưởng của nhiệt độ thiêu kết .3 Ảnh hưởng của thời gian thiêu kết .2 Ảnh hưởng của hình dạng, kích thước bột đồng đến khả năng tự hút nước do mao dẫn của vật liệu đồng xốp sau thiêu kết .1 Khảo sát đối với bột đồng nguyên liệu dạng cầu .1 Ảnh hưởng của kích thước bột đồng đến đặc tính xốp của mẫu .2 Ảnh hưởng của kích thước bột đồng đến khả năng hút nước của mẫu .2 Khảo sát đối với bột đồng dạng nhánh cây .1 Ảnh hưởng của kích thước bột đồng đến đặc tính xốp của mẫu .2 Ảnh hưởng của kích thước bột đồng đến khả năng hút nước của mẫu .3 So sánh đặc tính xốp và mao dẫn của mẫu sử dụng bột đồng nguyên liệu dạng cầu và dạng nhánh cây. 86 v Chương 4: KẾT QUẢ CHẾ TẠO ỐNG NHIỆT VÀ ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM CHO ĐÈN LED CÔNG SUẤT LỚN .1 Chế tạo ống nhiệt .2 Ảnh hưởng của đường kính ống đến độ dẫn nhiệt và trở kháng nhiệt của ống nhiệt .3 Ảnh hưởng của chiều dài ống đến độ dẫn nhiệt và trở kháng nhiệt của ống nhiệt .4 Thử nghiệm ứng dụng ống nhiệt cho đèn LED công suất lớn .1 Thử nghiệm ứng dụng ống nhiệt cho đèn LED 200 W.2 Thử nghiệm ứng dụng ống nhiệt cho đèn LED 500 W. 100 KẾT LUẬN CHUNG.
105 CÁC ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN. 107 ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO. 108 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG BỐ. 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO.
110 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Một số ứng dụng của ống nhiệt trong: a) máy tính, b) đèn LED 6 và c) điện thoại thông minh Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của a) ống nhiệt trọng trường và b) 7 ống nhiệt có cấu trúc mao dẫn Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo và các vùng hoạt động của ống nhiệt có cấu trúc mao 9 dẫn Hình 1.4 Mặt cắt ngang ống nhiệt a) kiểu mao dẫn dạng rãnh và b) kiểu 10 cấu trúc vật liệu xốp kim loại thiêu kết Hình 1.5 Sự thay đổi áp suất lỏng - hơi khi ống nhiệt hoạt động 14 Hình 1.6 Sơ đồ chế tạo và giản đồ thiêu kết vật liệu xốp trong nghiên cứu 17 của Leong Hình 1.7 Sơ đồ chế tạo ống nhiệt trong nghiên cứu của Li: 1-Nắp nhỏ định 18 vị trục thép; 2-Vỏ ống đồng; 3-Bột đồng; 4-Trục thép không gỉ; 5- Nắp lớn định vị trục thép Hình 1.8 Mô hình chế tạo ống nhiệt (a) và giản đồ thiêu kết mẫu (b) trong 18 nghiên cứu của Jiang Hình 1.9 Giới hạn mao dẫn của 3 loại chất lỏng: nước, acetone và 21 methanol Hình 1.10 Nhiệt độ vùng bay hơi với các tỉ lệ điền đầy chất lỏng khác nhau 21 Hình 1.11 Sơ đồ minh họa sức căng (A) và kích thước hình học liên quan 22 (B) của mặt khum Hình 1.12 Mô hình đo áp suất mao dẫn lớn nhất 24 Hình 1.13 Tương quan giữa áp lực mao dẫn lớn nhất và độ xốp của đồng 25 xốp Hình 1.14 Mô hình xác định chiều cao cột mao dẫn h sử dụng camera hồng 25 ngoại được Li và các cộng sự sử dụng Hình 1.15 Ảnh hưởng của kích thước hạt bột nguyên liệu đến chiều cao cột 26 chất lỏng trong cấu trúc kim loại xốp a) nước và b) aceton Hình 1.16 Chiều cao cột mao dẫn trong mẫu bột Ni và bột đồng thiêu kết 27 với các chất lỏng khác nhau: a) nước và b) acetone Hình 1.17 Mô hình xác định khối lượng chất lỏng hút vào cấu trúc mao 28 dẫn Hình 1.18 Sự tăng khối lượng chất lỏng theo thời gian của cấu trúc đồng 29 xốp sử dụng các chất lỏng thử khác nhau Hình 1.19 Sự tăng khối lượng chất lỏng theo thời gian của cấu trúc thép 29 hợp kim xốp sử dụng các chất lỏng khác nhau vii Hình 1.20 Giản đồ cấu trúc mao dẫn chứa hai loại lỗ xốp 31 Hình 1.21 Ảnh SEM ở độ phóng đại khác nhau cấu trúc mao dẫn chứa lỗ 31 xốp với hai kiểu kích thước khác nhau Hình 1.22 Ảnh SEM bề mặt hạt đồng trong cấu trúc mao dẫn thiêu kết 32 trước (a,b) và sau khi xử lý bề mặt (c,d) Hình 2.1 Ảnh SEM mẫu bột đồng nguyên liệu dạng cầu và dạng nhánh 36 cây Hình 2.2 Mô hình máy rung tạo độ xít chặt cho bột đồng 37 Hình 2.3 Mô hình lò ống thiêu kết vật liệu đồng xốp cấu trúc mao dẫn 38 Hình 2.4 Mô hình khuôn tạo mẫu đồng xốp và giản đồ nhiệt - khí quá 38 trình thiêu kết chế tạo mẫu đồng xốp Hình 2.5 Mẫu đo khả năng tự hút của vật liệu đồng xốp cấu trúc mao dẫn 39 Hình 2.6 Sơ đồ quy trình chế tạo ống nhiệt bằng đồng xốp cấu trúc mao 40 dẫn Hình 2.7 Nguyên lý tạo mẫu chụp ảnh cấu trúc trên SEM a) mẫu chụp 42 ảnh vi cấu trúc và b) mẫu chụp ảnh cấu trúc macro Hình 2.8 Mô hình mẫu chế tạo để xác định khối lượng riêng và đo độ xốp 45 hở Hình 2.9 Sơ đồ thí nghiệm ngâm nước xác định độ xốp hở 46 Hình 2.10 Minh họa quá trình xử lý ảnh SEM trên phần mềm ImageJ: a) 47 Ảnh SEM ban đầu; b) Ảnh xử lý lỗi và bổ sung vị trí hạt; c) Ảnh xử lý màu phần nền xốp; d) Ảnh tạo đường biên của các lỗ xốp Hình 2.11 Mô hình thiết bị đo khả năng tự hút do mao dẫn 49 Hình 2.12 Mô hình tính toán độ dẫn nhiệt 51 Hình 2.13 Mô hình nguyên lý đo hệ số dẫn nhiệt và trở kháng nhiệt của 52 ống nhiệt Hình 2.14 Hệ đo thông số nhiệt của ống nhiệt 52 Hình 3.1 Ảnh SEM mẫu đồng xốp thiêu kết ở các môi trường khác nhau 56 sử dụng bột đồng dạng cầu Hình 3.2 Ảnh SEM mẫu đồng xốp thiêu kết ở các môi trường khác nhau 57 sử dụng bột đồng dạng nhánh cây Hình 3.3 Ảnh hưởng của môi trường thiêu kết đến độ xốp của mẫu 57 Hình 3.4 Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS) mẫu đồng xốp thiêu kết 58 trong các môi trường khác nhau sử dụng bột đồng nguyên liệu dạng cầu Hình 3.5 Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS) mẫu đồng xốp thiêu kết 59 trong các môi trường khác nhau sử dụng bột đồng nguyên liệu dạng nhánh cây Hình 3.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Trích dẫn luận án này
Trịnh Minh Hoàn (2022). Chế tạo vật liệu đồng xốp thiêu kết ứng dụng ống tản nhiệt [Luận án tiến sĩ, Học viện Khoa học và Công nghệ]. LuanAn.net. https://luanan.net/khoa-hoc-trai-dat-moi-truong/luan-an-tien-si-khoa-hoc-vat-lieu-che-tao-va-khao-sat-tinh-chat-mao-dan-cua-vat-lieu-dong-xop-thieu-ket-ung-dung-lam-ong-tan-nhiet-cho-cac-thiet-bi-dien-tu-cong-suat-lon
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Chế tạo vật liệu đồng xốp thiêu kết ứng dụng ống tản nhiệt" nghiên cứu về vấn đề gì?
Luận án: Chế tạo vật liệu đồng xốp thiêu kết, khảo sát tính chất mao dẫn, ứng dụng ống tản nhiệt hiệu quả cho thiết bị điện tử công suất lớn.
Luận án "Chế tạo vật liệu đồng xốp thiêu kết ứng dụng ống tản nhiệt" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Học viện Khoa học và Công nghệ. Năm bảo vệ: 2022.
Luận án "Chế tạo vật liệu đồng xốp thiêu kết ứng dụng ống tản nhiệt" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Chế tạo vật liệu đồng xốp thiêu kết ứng dụng ống tản nhiệt" thuộc chuyên ngành Kim loại học. Danh mục: Khoa Học Trái Đất & Môi Trường.
Luận án "Chế tạo vật liệu đồng xốp thiêu kết ứng dụng ống tản nhiệt" có bao nhiêu trang?
Luận án "Chế tạo vật liệu đồng xốp thiêu kết ứng dụng ống tản nhiệt" có 123 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Chế tạo vật liệu đồng xốp thiêu kết ứng dụng ống tản nhiệt" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.