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标准化散热器模组简化大功率灯具拼接

2013-07-08 10:04
姚看江湖
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  基于立体散热拓扑结构的铝基陶瓷散热器,是在立体散热拓扑的构架下,为了进一步提升散热器效率,而开发的新型具有独立知识产权的散热器,相关的专利申报已经在进行中。流延法是目前制备大面积、薄平面陶瓷材料的有效方法之一,其采用以水作为溶剂代替有机溶剂的流延技术,故而具有低毒性、低污染的特点。采用多层低温流延法制备出的具有小孔径、直通孔的片状Al2O3多孔陶瓷,其热疲劳特性良好。除流延法以外,还可以采用干压法、真空吸铸法、微弧氧化等手段和方法来实现铝基陶瓷复合材料。

  基于低温流延法制备的基于立体拓扑散热结构的铝基陶瓷散热器,应用结构函数原理测试了散热器热阻与结温,在相同工况下60W散热器模组性能提升了11%左右;定义了各种功率的立体散热拓扑的标准散热器模组,使得各个功率光源接口规格标准化,散热器模组可以拼接形成更大的模组,为制造、维修的简单和标准化提供了基础,并且不影响灯具造型,可以在模组的基础上发挥创意,形成风格各异的灯具造型。

  应用流延法和微弧氧化法

  铝基复合陶瓷具有高的比强度、比刚度,良好的耐磨性,最初源于航空航天技术对于材料技术的苛刻要求。一般的铝基复合陶瓷材料都具有耐高温、耐磨损、耐烧蚀、耐腐蚀的特性。

  流延法之外,微弧氧化是使用较多的一种方法。微弧氧化是利用液相介质中电极表面产生的等离子体放电来处理材料的一种方法。等离子体放电通道内的温度最高可达到8000℃,一般可经由XRD和SEM来分析材料成分和表面形貌。在实验中,我们制备的铝基复合陶瓷散热器,则采用了获得具有最佳分散稳定性氧化铝粉料悬浮液的方式,然后经由球磨后,加入甲基纤维素和丙三醇等,继续较长时间球磨,并将球磨后的陶瓷浆料真空除泡,从而获得了Al2O3陶瓷浆料。将陶瓷浆料在低温的冷塬上流延成型,控制刮刀间隙为薄层,就可以得到单层流延片,待流延层结晶后,重复操作。冷冻干燥较长时间后,再高温烧结,保温短时间,退火时随炉冷却至室温,就可以得到铝基多孔氧化铝陶瓷片。

  散热效率更高

  由结构函数的方法,可以测试得出热阻曲线。首先通过正向电压法,可以测得所用光源K系数为13.386mv/K,6063铝材料的比热容为900J/Kg.K、材料的热导率为200W/(m.K),而铝基陶瓷散热器表面的氧化铝陶瓷热导率则为25W/(m.K),比热容为859J/Kg.K,并且铝基陶瓷散热器具有更小的热记忆特性,表面为多孔陶瓷,所以理论上具有更佳的散热特性。通过以上测试数据我们可以得知,铝基陶瓷散热器的热阻比6063铝材料的热阻小0.06左右。由此可以看出,在室温25℃左右的工况下,采用相同的60W光源情况下,铝基陶瓷散热器的散热效率更高,相对于普通的立体散热架构散热器效率可以提升11%左右。

  不仅如此,铝基陶瓷散热器由于外层为Al2O3陶瓷,从而使得散热器更加的安全,更容易通过安规的相关测试。在应用于室外条件下,表面更不易腐蚀,从而保证了灯具长期的可信耐性。针对铝基陶瓷表面多孔陶瓷的附着粘度,任忠鸣等利用添加二氧化硅的方式采用干压法制备了多孔铝基陶瓷材料,增强了陶瓷材料的附着粘度。同样对于铝基陶瓷散热器,也将针对其在严苛环境下的使用考虑进一步增强其附着粘度,这将是下一步工作的重点之一。

  对于散热器最后整体散热性能的影响,不同材料的接触性也会表现不同,以下结果基于TH3000K光源,该光源的K系数为13.79mv/K,当导热介质为导热硅脂时,散热环境为冷板,分别采用螺丝固定和将光源粘贴在冷板上进行测试:结果表明,对于导热硅脂而言,紧固力对于散热的性能影响不大,而使用导热硅脂时不同紧固力下光源工作时的结点温度也表明,在两种情况下光源工作的结点温度相差不大。同时,我们发现,当采用铝基柔性石墨片的时候,需要较大的紧固力,否则会使得热粘结层的热阻值大为增加。对于相同光源而言,热阻较大则意味着光源工作在更高的结点温度下,从而会加剧光源的衰减。

  标准化模组拼接

  由单个散热片组装成为模组散热器,同时也实现散热器模组的标准化,可以拼接成为更大功率的灯具,实现简单有效的系统集成。基于模组化的设计,以及相配套的光源、标准透镜、压板、驱动电源等,可以实现灯具组装和维修的简单化。在该核心模组的基础上,除实现自己特有的灯具外观造型,还可以形成自己特有的产品和品牌。

  陕西唐华能源公司通过标准化来实现光引擎的兼容性和互换性,并以此加速LED技术的广泛应用,为灯具制造商、照明工程公司以及用户提供一个更好更有效的大功率LED照明应用解决方案。

  标准化的设计和生产,不仅使得各个公司的产品可以兼容,易于更换和维护,而且有利于批量化生产,成本更为低廉,使得照明的上下游供应链配合得更为适宜,从而可以实现更加可靠、实用的功能性照明。

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