Како се топлотна отпорност материјала интерфејса на бази масти{0}} мења са временом и температуром?

Термална маст између грејача картриџа и отвора у коме се налази у пресној плочи је херој првог дана. Испуњава мале ваздушне просторе, формирајући савршени мост ниског отпора за топлоту. Али ова маст је деликатна мешавина силиконског или угљоводоничног уља и керамичког праха који проводи топлоту. То је метастабилна, трајна чврста супстанца. Током хиљада сати и константног циклуса топлоте током животног века плоче, уље може полако да испари, да буде истиснуто притиском стезања или да оксидира и стврдне. Савршен мост постаје пропадајућа, изолациона баријера.

Термална маст: механизам старења који треба очекивати
Механизам старења термичких интерфејс материјала (ТИМ) на бази масти је добро познат и предвидљив. Пораст топлотног отпора са временом и температуром је последица три главна процеса, испаравања уља, механичког испумпавања-и оксидативног очвршћавања.

Испаравање нафте
Притисак паре базног уља (силикона или угљоводоника) је ограничен. На нормалним радним температурама плоче од 150 до 250 степени, уље ће полако испарити. Уљна фаза се губи остављајући суви компримовани керамички прах који није у стању да приања на микро-храпавост грејача или површина проврта. Оно што је раније била флексибилна паста за{6}}пуњавање празнина постаје лабав или синтеровани слој праха са лошим термичким контактом. Отпорност контакта на топлоту може се повећати за два или три пута током радног века плоче. То доводи до мање ефикасног преноса топлоте и виших радних температура за грејач.

Диференцијална термичка експанзиона механичка пумпа{0}}Оут
У инсталацији кертриџ грејача, када се загрева, грејач и околни метални отвор се шире супротним брзинама. Коефицијент термичког ширења метала (челик, алуминијум, итд.) се разликује од коефицијента топлотног ширења омотача грејача (обично нерђајући челик или Инцолои). Релативно кретање између грејача и отвора у сваком циклусу{3}}загревања је попут малог дејства пумпања. Постепено се маст истискује из интерфејса-појава позната као испумпавање-. Маст која се евакуише не улази поново-након што се систем охлади. Оригинална запремина масти се одводи са интерфејса током хиљада топлотних циклуса и поново се{10}појављују ваздушни отвори.

Оксидационо очвршћавање
Угљоводоник или силиконско уље ће оксидирати на високим температурама када је изложено кисеонику (чак и мала количина заробљена у бушотини). Оксидација мења уље које тече у лепљиву, гумену или крхку чврсту супстанцу. Овај стврднути остатак има веома ниску топлотну проводљивост и не може да тече да попуни празнине. Ово додаје још један слој изолације." Брзина оксидације је експоненцијална функција температуре према Аррхениусовој једначини. Са сваким порастом радне температуре за 10 степени стопа погоршања може се удвостручити или утростручити.

Симптоми: Смањење перформанси зоне грејања
Плоча за деградацију топлотне отпорности масти ТИМ има облик споре, често неприметне деградације зоне грејања. Овај симптом није нагли квар, већ прогресиван губитак капацитета за постизање задате температуре или одржавање униформности по целој плочи. Унутрашњи температурни сензор грејача (термопар или РТД) можда још увек очитава праву температуру, али температура површине плоче заостаје због пропадања топлотног моста.

Грејач мора да ради на вишој температури да би убризгао исти топлотни ток кроз оштећени контакт. Ова виша унутрашња температура подстиче старење самог грејача (оксидација грејне жице, крхкост изолације), што доводи до прераног сагоревања. Тако деградирајуће уље постаје хронични, невидљиви пљачкаш перформанси плоче и века грејача.

Квантификација деградације: колико брзо расте топлотни отпор?
Раст топлотне отпорности није линеаран. Подржава типичну криву:

Рана фаза (0-500 сати): Нема много промена. Маст је нова, а уљна фаза је нетакнута.

Средњи животни век (500–2000 сати): испаравање и почетак испумпавања. Топлотни отпор почиње да расте, обично за 20-50% првобитне вредности.

Late life (>2000 сати): убрзано опадање Маст се потпуно осуши, а остаје само прах или стврднути талог. Топлотна отпорност се може повећати за 100-200% или више.

Тачан тајминг у великој мери зависи од температуре. Силиконска маст пристојног квалитета може да траје 5000 до 10 000 сати на 150ºЦ. Иста маст на 250 степени може пропасти за мање од 1000 сати. Брзина деградације има експоненцијалну зависност од температуре, тако да повећање од 10-15 степени преполови пројектовани корисни век контакта масти.

Практична решења: суочавање са деградацијом
Постоје две технике за решавање деградације ТИМ-ова на бази масти{0}}.

Превентивно одржавање са ре-подмазивањем
Постојеће инсталације које користе маст као интерфејс захтевају проактивни програм одржавања. План треба да садржи:

Периодичне ревизије термичких перформанси. При одређеној улазној снази измерите температурну разлику између сензора грејача и површине плоче. Свако повећање ове делте је повећање отпорности на топлоту.

• Планирана учесталост поновног-подмазивања: Планирајте поновно-подмазивање или замену грејача сваке 1-3 године у зависности од радне температуре. Отвор се чисти од старе масти и додаје се нова одмерена количина високотемпературне масти са ниским протоком.

Врхунске масти Нису све термалне масти једнаке. Сервисни интервал можете драматично повећати тако што ћете одредити маст стабилну на високој температури, на пример масти произведене са синтетичким уљима и ниске испарљивости.

Трајна алтернатива: графитна фолија
За оне ситуације у којима је-дугорочна поузданост кључна, а приступ за одржавање ограничен, препоручује се интерфејс од графитне фолије. Графитна фолија је савитљива плоча од компримованог експандираног графита. Нема уљну фазу тако да не може да испари, испумпа или оксидира на исти начин. Графитна фолија је у стању да одржава своју топлотну проводљивост (обично 5–10 В/м·К, далеко већу од масти) на неограничено време на високој температури и термичким циклусима. Једини скромни недостатак је што је мало мање прилагодљив од свеже масти за заиста тешке површине. Међутим, графитна фолија је трајни термални мост-који не захтева одржавање за већину отвора грејача кертриџа са стандардним завршним обрадама (Ра 3,2 микрона или више).

Закључак: Подмукли, хронични лопов перформанси плоча
Скривени хронични крадљивац перформанси плоче је спора предвиђена смрт термалне масти. То је проблем који не долази са праском, већ са полаганим суптилним погоршањем ефикасности и хомогености грејања. Ако се не контролише, распаднута маст доводи до тога да грејачи буду топлији и раније покваре. Најважнији топлотни мост у плочи је често онај који се тихо распада, слој по слој, док уље испарава и маст се суши. Овај режим квара је потпуно елиминисан избором интерфејса од графитне фолије за нове инсталације. За постојеће системе масти, једини начин да се осигурају сталне, дугорочне термичке перформансе-је да се направи проактивни распоред одржавања са периодичним подмазивањем-или заменом грејача. Прва фаза у конструкцији изузетно поузданог система грејних плоча је разумевање очекиване деградације ТИМ-ова масти.