A ligação por difusão a vácuo é uma tecnologia de ligação avançada no campo da gestão térmica, reconhecida pelo seu desempenho excepcional.Ele consegue ligação metalúrgica de materiais através de difusão atômica, tornando-o particularmente adequado para resolver os desafios de dissipação de calor em dispositivos de alta potência e alto fluxo de calor.e cenários típicos desta tecnologia na gestão térmica.
I. Tecnologia de ligação por difusão a vácuo
A ligação por difusão a vácuo é um processo de união em estado sólido conduzido em um ambiente de vácuo sob temperatura controlada (abaixo do ponto de fusão dos materiais de base), pressão e tempo.Permite a difusão atômica através de interfaces metálicas para formar uma ligação metalúrgicaAs principais características incluem a união não fundida e uma interface ligada metalurgicamente.Produção de juntas de elevada resistência mecânica e excelente estabilidade térmicaÉ amplamente aplicado na fabricação de componentes críticos, tais como vedações de favo de mel em motores aéreos e pás de guia de turbinas.A tecnologia de ligação por difusão TLP permite que as juntas de liga de Ni3Al alcancem mais de 90% da resistência à alta temperatura do material baseAtualmente, a procura de ligação por difusão está a aumentar de forma constante em domínios como os pacotes de baterias de veículos de novas energias e os equipamentos de energia.
II. Aplicações da ligação por difusão a vácuo na gestão térmica
1. Refrigerador do módulo de energia eletrónica
Dispositivos IGBT/SiC/GaN: A ligação direta de chips semicondutores a substratos de cobre, alumínio ou compostos (por exemplo, AlSiC, Cu-Mo) reduz a resistência térmica da interface e melhora a eficiência de dissipação de calor.
Integração dos disipadores de calor: A ligação de materiais de alta condutividade térmica (por exemplo, cobre, diamante, grafeno) a substratos permite uma condução térmica eficiente.
2Sistemas de controlo térmico aeroespacial
Painéis de radiadores para satélites/naves espaciais: Ligação de compósitos de fibras de carbono de alta condutividade térmica ou de substratos de alumínio para criar estruturas de dissipação de calor leves e de alta resistência.
Componentes de secção quente de motores a jato: Ligação de ligas de titânio, superligas à base de níquel e canais de arrefecimento para melhorar o desempenho em altas temperaturas.
3- Laser e aparelhos optoelectrónicos
Barras de laser de alta potência: Ligação de chips laser a refrigeradores de microcanais para gestão térmica eficiente e vida útil prolongada do dispositivo.
Embalagens optoeletrônicas: Ligação de componentes ópticos a dissipadores de calor para mitigar os efeitos da lente térmica.
4Equipamento de Fusão Nuclear e Física de Alta Energia
Componentes que se orientam para o plasma: Ligação de materiais resistentes a altas temperaturas, tais como ligas de tungsténio e cobre, para a dissipação de calor da primeira parede em dispositivos de fusão nuclear.
III. Vantagens técnicas da ligação por difusão a vácuo na gestão térmica
1. Resistência térmica extremamente baixa: A interface é livre de metais de enchimento, vazios ou óxidos, alcançando uma condutividade térmica próxima da do material de base e aumentando a eficiência de transferência de calor.
2. Ligação de alta força: A ligação metalúrgica proporciona elevada resistência mecânica, resistência à fadiga térmica e resistência ao arrastamento.
3Compatibilidade de material em geral: Capaz de unir materiais diferentes (por exemplo, cerâmica a metais), com configurações térmicas complexas.
4. Formação de precisão: Mantenha a planície da peça e é adequado para estruturas finas como microcanais e paredes finas.
5.Alta fiabilidade: Sem risco de corrosão; adequado para ambientes extremos como o vácuo e a radiação.
IV. Parâmetros típicos do processo de ligação por difusão a vácuo
1- Temperatura.: Normalmente 0,6×0,8 vezes o ponto de fusão do material de base (por exemplo, ~ 800°C para ligação de cobre).
2Pressão.: Pressão moderada para promover a difusão (normalmente 5 ‰ 20 MPa).
3Nível de vácuo: ≤ 10−3 Pa para evitar a oxidação.
4Preparação da superfície: Polir e limpar com precisão para garantir o contacto a nível atómico.
5. Intercapa: Folhas metálicas opcionais, tais como níquel ou titânio, para facilitar a ligação de materiais diferentes.
V. Desafios técnicos e tendências de desenvolvimento da ligação por difusão a vácuo na gestão térmica
1.Alto Custo: Os equipamentos caros e os longos ciclos de processo limitam a sua aplicação a campos de elevado valor acrescentado.
2Optimização de processos: É necessário um controlo preciso dos parâmetros para evitar a deformação ou a fragilidade do composto interfacial.
3Adaptação a novos materiais: Desenvolvimento de processos de ligação para materiais de elevada condutividade térmica, como o carburo de silício e o diamante.
4. Aplicações escaláveis: Expansão para domínios civis, como veículos de nova energia e estações base 5G, conduzindo à redução de custos e à melhoria da eficiência.
VI. Casos de aplicação da ligação por difusão a vácuo na gestão térmica
1Inversores para veículos eléctricos: A ligação por difusão a vácuo é utilizada para integrar módulos SiC com placas de arrefecimento de dois lados, melhorando a capacidade de dissipação de calor em mais de 30%.
2Sistemas de tubulação de calor por satélite: A ligação de materiais compostos de matriz de alumínio a tubos de aquecimento permite uma construção leve e uma difusão de calor eficiente.
A ligação por difusão a vácuo, com sua alta resistência, baixa resistência térmica e alta confiabilidade, tornou-se uma tecnologia crítica para enfrentar desafios extremos de gerenciamento térmico.À medida que a densidade de energia continua a aumentar, a procura desta tecnologia na electrónica de potência, no aeroespacial e na fabricação avançada irá crescer.Os futuros avanços na inovação dos processos e no controlo dos custos irão alargar ainda mais os seus limites de aplicação.
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