Inni í tómarúmsofni við steikjandi 1500 gráður á Celsíus glóir hitaplata í grimmri appelsínu. Tvö efni ráða ríkjum í þessu gríðarlega umhverfi: mólýbden, þéttur, sterkur og ljómandi gljáandi eldföstum málmi, og grafít, dökkt, létt og brothætt form hreins kolefnis. Hæfni þeirra til að dreifa hita hratt-hitadreifni- stjórnast ekki eingöngu af varmaleiðni. Þéttleiki og hitageymslugeta gegna einnig afgerandi hlutverki við að ákvarða hversu hratt hitastigið jafnast yfir yfirborð plötunnar.
Samanburðurinn ámólýbden vs grafítplata hitadreifing 1500 gráðursýnir ó-innsæilegt jafnvægi milli hráleiðnigetu og hitatregðu.
Varmadreifing í háhitaplötuhönnun.-
Varmadreifing lýsir því hversu fljótt efni bregst við hitastigum. Það er skilgreint af sambandi milli:
Varmaleiðni (hitaflutningsgeta)
Þéttleiki (massi á rúmmálseiningu)
Sérstök varmageta (orka sem þarf til að hækka hitastig)
Efni getur leitt hita á skilvirkan hátt en bregst samt hægt ef það geymir mikið magn af varmaorku.
Við 1500 gráður verða þessar víxlverkanir mikilvægar í frammistöðu lofttæmaofnaplötunnar, þar sem hröð hitauppstreymi einsleitni og stýrð hitauppstreymi eru nauðsynleg.
Hegðun mólýbdenplötu við 1500 gráður
Varmaleiðni og burðarstyrkur
Mólýbden sýnir hitaleiðni sem er um það bil:
~138 W/m·K við hækkað hitastig
Þetta gildi er verulega hærra en flestar grafíttegundir, sem venjulega eru á bilinu:
~50–100 W/m·K (stig-háð og mjög anisotropic)
Mólýbden veitir einnig:
Hár vélrænni styrkur við hækkað hitastig
Góður víddarstöðugleiki
Viðnám gegn skrið undir álagi í lofttæmi
Hins vegar er mólýbden einnig:
Þétt
Þungt
Hár rúmmálshitageta vegna massa
Einkenni hitasvörunar
Vegna mikillar þéttleika og hitageymslugetu frásogast varmaorka og endurdreifist hægar miðað við rúmmál. Hiti dreifist á áhrifaríkan hátt, en heildarkerfið bregst við með meiri hitatregðu.
Þétt, þungt mólýbden er öflug, stöðug varmavél; létt grafítið er hraður, lipur hitauppstreymi.
Grafítplatahegðun við 1500 gráður
Anisotropic varmaleiðni
Grafít sýnir mjög stefnu-háða hitaleiðni:
Mikil leiðni meðfram grunnflötum
Miklu minni leiðni hornrétt á þessi plan
Það fer eftir einkunn og uppbyggingu, hitaleiðni er venjulega á bilinu:
~50 W/m·K til yfir 100 W/m·K
Þessi anisotropy gegnir stóru hlutverki í plötuhönnun, sérstaklega í stilla grafítbyggingum sem notuð eru í ofnaforritum.
Lágur þéttleiki og hitatregðu
Grafít hefur verulega lægri þéttleika en mólýbden. Þetta leiðir til:
Minni rúmmál hitageta
Minni hitauppstreymi
Hraðari hitasvörun
Hraðari viðbrögð við kælingu
Jafnvel með lægri innri leiðni, gerir minni varmageymslur hita kleift að dreifast og koma hraðar í jafnvægi yfir bygginguna.
Samanburður á mólýbdeni vs grafít hitauppstreymi
Varmadreifni er gefin út af hlutfalli varmaleiðni og rúmmálshitagetu. Í þessu sambandi verður lágþéttleiki grafítsins ráðandi þáttur.
Einkenni mólýbden
Mikil leiðni (~138 W/m·K)
Hár þéttleiki (~10,2 g/cm³)
Mikil hitatregða
Hægari skammvinn svörun þrátt fyrir góða leiðni
Grafít einkenni
Miðlungs leiðni (50–100 W/m·K, anisotropic)
Mjög lítill þéttleiki (~1,7–2,2 g/cm³ eftir gráðu)
Lítil rúmmálshitageta
Hröð hitasvörun og hjólreiðageta
Fyrir vikið sýnir grafít oft jafna eða meiri virka hitadreifingu samanborið við mólýbden, þrátt fyrir lægri hráleiðnigildi.
Hár-hitatakmarkanir
Mólýbden andrúmsloftsnæmi
Mólýbden verður að nota í:
Hátt lofttæmi umhverfi
Óvirkt gas andrúmsloft
Að draga úr andrúmslofti
Yfir um það bil 500 gráður í lofti oxast mólýbden hratt, sem leiðir til niðurbrots byggingarinnar. Við 1500 gráður er rekstur í lofthjúpi sem inniheldur súrefni- ekki framkvæmanleg.
Grafítstöðugleikasjónarmið
Grafít helst stöðugt við 1500 gráður í lofttæmi eða óvirku gasumhverfi. Hins vegar:
Oxun á sér stað hratt í -súrefnisríku andrúmslofti
Efnið er brothætt og vélrænt viðkvæmt
Slit og agnamyndun getur átt sér stað við vélræna snertingu
Thermal Cycling Performance
Mólýbdenviðbragðshegðun
Stöðugar hitauppstreymiseiginleikar
Miðlungs hitauppstreymi hjólahraði
Sterk burðarvirki undir álagi
Hærri hitatregða seinkar hröðum breytingum á hlaði
Grafítviðbragðshegðun
Hraðhitunar- og kælingargeta
Lítil hitatregða styður hraðan lotutíma
Brothætta á brotum við vélrænt álag
Yfirburða svörun í tímabundnum hitauppstreymi
Kerfis-Level Túlkun
Við 1500 gráðu ofnskilyrði er hegðun með hitadreifingu undir sterkum áhrifum af forgangsröðun kerfishönnunar:
Mólýbden stuðlar að burðarvirki og stöðugri hitadreifingu
Grafít stuðlar að hröðum viðbrögðum, skilvirkum hjólreiðum og léttri hitastjórnun
Í mörgum háþróuðum ofnakerfum er grafít valið þegar hraður rampur og hröð stöðugleiki eru mikilvægar, en mólýbden er valinn þegar vélrænn stöðugleiki og burðargeta ráða ríkjum í hönnunarkröfum.
Niðurstaða
Samanburðurinn ámólýbden vs grafítplata hitadreifing 1500 gráðursýnir fram á að ekki er hægt að meta hitauppstreymi við háan hita með því að nota leiðni eingöngu. Mólýbden býður upp á hærri innri hitaleiðni og óvenjulegan burðarstyrk, en hár þéttleiki þess eykur hitatregðu. Grafít, þrátt fyrir lægri leiðni og anisotropic hegðun, nær mjög mikilli áhrifaríkri hitadreifingu vegna lágs þéttleika og minni hitageymslugetu.
Við háan ofnahita verður efnisval blæbrigðaríkt jafnvægi á milli stöðugrar, sterkrar hitauppstreymis mólýbdens og létts, hraðvirkrar hitauppstreymis grafíts. Í há-hitaverkfræði næst hraðasta hitasvörunin oft ekki með því efni sem leiðandi er mest, heldur það léttasta sem getur lifað af rekstrarumhverfinu.
