Luận án tiến sĩ về vật liệu đồng xốp thiêu kết và ứng dụng trong ống tản nhiệt cho thiết bị điện ...

• Tác giả: Trịnh Minh Hoàn
• Người hướng dẫn: PGS. Đoàn Đình Phương
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Kim loại học
• Đề tài: Nghiên Cứu Vật Liệu Đồng Xốp Thiêu Kết Cho Ống Tản Nhiệt Điện Tử
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU XỐP ỨNG DỤNG LÀM ỐNG NHIỆT
• 1.2. Ống nhiệt: Lịch sử hình thành và phát triển
• 1.3. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của ống nhiệt
• 1.3.1. Ống nhiệt trọng trường
• 1.3.2. Ống nhiệt có cấu trúc mao dẫn
• 1.3.2.1. Vỏ ống nhiệt
• 1.3.2.2. Vật liệu có cấu trúc mao dẫn
• 1.3.2.3. Chất lỏng làm việc bên trong ống nhiệt
• 1.4. Tính toán thiết kế và chế tạo ống nhiệt
• 1.4.1. Chế tạo vật liệu xốp thiêu kết
• 1.4.2. Tính toán, xác định vỏ ống
• 1.4.3. Xác định chất lỏng làm việc trong ống
• 1.5. Một số vấn đề cơ bản về mao dẫn
• 1.5.1. Hiện tượng mao dẫn
• 1.5.2. Các phương pháp đo khả năng mao dẫn
• 1.5.2.1. Các phương pháp xác định áp suất mao dẫn lớn nhất
• 1.5.2.2. Phương pháp xác định chiều cao cột mao dẫn h
• 1.5.2.3. Phương pháp xác định khối lượng nước được hút vào trong cấu trúc mao dẫn
• 1.5.2.4. Tổng quan những nghiên cứu mới trên thế giới về lớp mao dẫn bằng vật liệu xốp thiêu kết
• 1.5.2.5. Tản nhiệt cho đèn LED công suất cao
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nguyên vật liệu thí nghiệm
• 2.2. Phương pháp chế tạo mẫu
• 2.2.1. Mẫu vật liệu đồng xốp dạng khối
• 2.2.2. Mẫu đo khả năng tự hút
• 2.2.3. Chế tạo ống nhiệt
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3.1. Nghiên cứu cấu trúc của vật liệu
• 2.3.1.1. Phương pháp chụp ảnh SEM và phân tích EDS
• 2.3.1.2. Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X
• 2.3.2. Phương pháp xác định cơ tính của vật liệu
• 2.3.3. Phương pháp xác định độ xốp của vật liệu
• 2.3.3.1. Phương pháp xác định độ xốp tổng
• 2.3.3.2. Phương pháp đo độ xốp hở
• 2.3.3.3. Phương pháp xác định độ xốp trên ảnh SEM
• 2.3.4. Phương pháp đánh giá khả năng tự hút của vật liệu mao dẫn
• 2.3.5. Phương pháp đo độ dẫn nhiệt của ống nhiệt
• 3. CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO, NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CƠ LÝ VÀ TÍNH CHẤT MAO DẪN CỦA VẬT LIỆU ĐỒNG XỐP THIÊU KẾT
• 3.1. Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến cấu trúc và cơ tính của vật liệu đồng xốp sau thiêu kết
• 3.1.1. Ảnh hưởng của môi trường thiêu kết
• 3.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ thiêu kết
• 3.1.3. Ảnh hưởng của thời gian thiêu kết
• 3.2. 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
• 3.2.1. Khảo sát đối với bột đồng nguyên liệu dạng cầu
• 3.2.1.1. Ảnh hưởng của kích thước bột đồng đến đặc tính xốp của mẫu
• 3.2.1.2. Ảnh hưởng của kích thước bột đồng đến khả năng hút nước của mẫu
• 3.2.2. Khảo sát đối với bột đồng dạng nhánh cây
• 3.2.2.1. Ảnh hưởng của kích thước bột đồng đến đặc tính xốp của mẫu
• 3.2.2.2. Ảnh hưởng của kích thước bột đồng đến khả năng hút nước của mẫu
• 3.2.3. So sánh đặc tính xốp và mao dẫn của mẫu sử dụng bột đồng nguyên liệu dạng cầu và dạng nhánh cây
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ CHẾ TẠO ỐNG NHIỆT VÀ ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM CHO ĐÈN LED CÔNG SUẤT LỚN
• 4.1. Chế tạo ống nhiệt
• 4.2. Ảnh hưởng của đường kính ống đến độ dẫn nhiệt và trở kháng nhiệt của ống nhiệt
• 4.3. Ảnh hưởng của chiều dài ống đến độ dẫn nhiệt và trở kháng nhiệt của ống nhiệt
• 4.4. Thử nghiệm ứng dụng ống nhiệt cho đèn LED công suất lớn
• 4.4.1. Thử nghiệm ứng dụng ống nhiệt cho đèn LED 200 W
• 4.4.2. Thử nghiệm ứng dụng ống nhiệt cho đèn LED 500 W
• KẾT LUẬN CHUNG
• CÁC ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
• ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
• CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về vật liệu đồng xốp thiêu kết

Nghiên cứu về vật liệu đồng xốp thiêu kết đã trở thành một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ tản nhiệt. Vật liệu đồng có khả năng dẫn nhiệt cao, giúp cải thiện hiệu suất tản nhiệt cho các thiết bị điện tử. Việc chế tạo ống tản nhiệt từ vật liệu đồng xốp không chỉ nâng cao khả năng dẫn nhiệt mà còn giảm thiểu trọng lượng và kích thước của hệ thống tản nhiệt. Theo nghiên cứu, công nghệ thiêu kết cho phép tạo ra các cấu trúc mao dẫn trong vật liệu đồng, từ đó tối ưu hóa khả năng dẫn nhiệt. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng, hiệu suất tản nhiệt của ống nhiệt có thể đạt hàng trăm nghìn W/m, vượt trội hơn so với các vật liệu tản nhiệt thông thường như nhôm hay đồng.

1.1. Lịch sử hình thành và phát triển của ống nhiệt

Ống nhiệt đã được phát triển từ những năm 1950, với mục tiêu giải quyết vấn đề tản nhiệt cho các thiết bị điện tử. Sự phát triển của công nghệ thiêu kết đã mở ra hướng đi mới cho việc chế tạo ống nhiệt với vật liệu đồng xốp. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng, việc sử dụng vật liệu composite trong chế tạo ống nhiệt có thể cải thiện đáng kể khả năng tản nhiệt. Hệ thống tản nhiệt hiện đại yêu cầu các giải pháp hiệu quả hơn, và ống nhiệt với cấu trúc mao dẫn đã chứng minh được tính ưu việt của mình trong việc đáp ứng nhu cầu này.

II. Tính chất và ứng dụng của vật liệu đồng xốp thiêu kết

Tính chất của vật liệu đồng xốp thiêu kết rất đa dạng và có thể được điều chỉnh thông qua các thông số công nghệ trong quá trình chế tạo. Tính chất vật liệu như độ xốp, độ dẫn nhiệt và khả năng tự hút nước đều ảnh hưởng đến hiệu suất của ống tản nhiệt. Nghiên cứu cho thấy, việc tối ưu hóa các thông số như nhiệt độ và thời gian thiêu kết có thể tạo ra các mẫu vật liệu với khả năng dẫn nhiệt tốt nhất. Ứng dụng của vật liệu đồng xốp không chỉ giới hạn trong lĩnh vực điện tử mà còn mở rộng ra nhiều lĩnh vực khác như ô tô, hàng không và năng lượng.

2.1. Đặc tính mao dẫn của vật liệu đồng xốp

Đặc tính mao dẫn của vật liệu đồng xốp là yếu tố quyết định đến khả năng tản nhiệt của ống nhiệt. Các phương pháp đo khả năng mao dẫn như xác định áp suất mao dẫn lớn nhất và chiều cao cột mao dẫn đã được áp dụng để đánh giá hiệu suất của vật liệu. Kết quả cho thấy, vật liệu đồng xốp có khả năng tự hút nước tốt, nhờ vào cấu trúc mao dẫn được hình thành trong quá trình thiêu kết. Điều này không chỉ giúp tăng cường khả năng dẫn nhiệt mà còn cải thiện độ bền của ống nhiệt trong quá trình sử dụng.

III. Kết quả chế tạo ống nhiệt và thử nghiệm ứng dụng

Kết quả chế tạo ống nhiệt từ vật liệu đồng xốp thiêu kết đã cho thấy hiệu suất tản nhiệt vượt trội. Các thử nghiệm ứng dụng cho đèn LED công suất lớn cho thấy, ống tản nhiệt có thể duy trì nhiệt độ ổn định, đảm bảo hoạt động hiệu quả của thiết bị. Việc thử nghiệm với các công suất khác nhau như 200 W và 500 W đã chứng minh rằng, ống nhiệt có khả năng tản nhiệt tốt, đáp ứng được yêu cầu khắt khe của các thiết bị điện tử hiện đại. Điều này mở ra cơ hội cho việc ứng dụng rộng rãi vật liệu đồng xốp trong các hệ thống tản nhiệt trong tương lai.

3.1. Thử nghiệm ứng dụng cho đèn LED công suất lớn

Thử nghiệm ứng dụng ống nhiệt cho đèn LED công suất lớn đã được thực hiện với nhiều điều kiện khác nhau. Kết quả cho thấy, vật liệu đồng xốp thiêu kết không chỉ giúp giảm nhiệt độ hoạt động của đèn LED mà còn kéo dài tuổi thọ của thiết bị. Các thông số như đường kính và chiều dài ống nhiệt cũng ảnh hưởng đến hiệu suất tản nhiệt. Việc tối ưu hóa các thông số này sẽ giúp nâng cao hiệu quả của hệ thống tản nhiệt, từ đó cải thiện hiệu suất hoạt động của các thiết bị điện tử.