بخاریهای کارتریجی در یک صفحه فولادی به رسانش گرما در یک شکاف پر از هوا یا گریس متکی هستند{0}}یک گلوگاه حرارتی پایدار که زمان پاسخ را محدود میکند و گرادیانهای دما را ایجاد میکند. یک رویکرد تولیدی جدید از یک لیزر با قدرت-بالا استفاده میکند تا مستقیماً یک لایه گرمایشی سرامیکی متراکم و مقاوم به الکتریسیته را بر روی بدنه فولادی ذوب کند و رابط را کاملاً حذف کند و گرمایش یکنواخت را در دماهای شدید امکانپذیر کند.
در سیستم های صنعتی نوظهور،صفحه حرارت بالا بخاری سرامیکی متخلخل لیزریمفهوم تغییر شکل انتظارات برای پاسخ حرارتی، راندمان، و سقف عملیاتی در ابزارهای با کارایی بالا-است.
از بخاری های تعبیه شده تا سطوح گرمایشی یکپارچه
طراحیهای سنتی صفحههای بخاری و ساختار مجزا:
بخاری های کارتریجی یا میله ای در کانال های حفاری تعبیه شده اند
گرما باید از حفره های داخلی از فولاد عبور کند
مقاومت حرارتی در هر مرز ماده وجود دارد
نقاط داغ در نزدیکی مناطق مجاور بخاری ایجاد می شوند
این معماری ذاتاً نرخ گرما{0}}و حداکثر دمای عملیاتی را محدود میکند.
در مقابل، لایههای گرمایش سرامیکی پختهشده با لیزر، جدایی بین عنصر گرمایش و بدنه صفحه را از بین میبرند.
فناوری لایه گرمایش سرامیکی با پیوند مستقیم
رویکرد جدید مبتنی بر ساختار یکپارچه فلز-سرامیک است که از طریق پردازش لیزری تشکیل شده است.
رسوب لایه سرامیکی
یک دوغاب سرامیکی کاربردی با استفاده از تکنیک هایی مانند:
سمپاشی
نورد
رسوب پوشش کنترل شده
مواد معمولاً شامل سرامیک های دارای عملکرد الکتریکی مانند:
دیبورید تیتانیوم (TiB2)
کاربید سیلیکون (SiC)
ترکیبات کامپوزیت سرامیکی مهندسی شده
این مواد به دلیل ترکیبی از کنترل هدایت الکتریکی، پایداری حرارتی و سختی مکانیکی انتخاب می شوند.
تف جوشی لیزری و تشکیل باند
سپس از یک لیزر پرانرژی- برای تف جوشی لایه سرامیکی استفاده میشود، در حالی که به طور همزمان یک ناحیه واسط نازک از بستر فولادی را ذوب میکند.
این فرآیند منجر به:
اتصال مستقیم فلز و سرامیک
یک رابط پراکنده و یکپارچه از نظر متالورژی
چسبندگی قوی بدون لایه های اتصال میانی
از بین بردن شکاف های هوا و موانع حرارتی
بخاری وارد نشده است. از خود فلز رشد می کند و یک سطح عملکردی پیوسته را تشکیل می دهد.
مزایای عملکردی لایه های گرمایش سرامیکی یکپارچه
نزدیک به-رابط مقاومت حرارتی صفر
از آنجا که المنت حرارتی مستقیماً به بدنه صفحه چسبانده می شود:
تلفات انتقال حرارت در رابط حذف می شود
شیب دما در سراسر سطح به حداقل می رسد
زمان پاسخ حرارتی به طور قابل توجهی کاهش می یابد
این چرخههای{0}}بالا و خنک-سریع را فعال میکند که با سیستمهای گرمکن کارتریج تعبیهشده قابل دستیابی نیست.
عملکرد در دمای بالا-بیش از 500 درجه
لایه های گرمایش سرامیکی ذاتاً قادر به عملیات دمای شدید هستند:
عملکرد پایدار فراتر از 500 درجه
مقاومت در برابر اکسیداسیون و تخریب حرارتی
بدون مکانیزم شکست عایق آلی
این امر قابلیت استفاده از صفحه را در برنامه هایی که قبلاً تحت سلطه سیستم های گرمایش تابشی یا القایی قرار داشتند، گسترش می دهد.
مکانیزم های کنترل الکتریکی و حرارتی
لایه سرامیکی به صورت زیر عمل می کند:
عایق الکتریکی بین بخاری و بستر فلزی
المنت حرارتی مقاومتی هنگام اعمال ولتاژ
با تنظیم شرایط ترکیب و تف جوشی، می توان مقاومت را دقیقا تنظیم کرد. این اجازه می دهد:
توزیع چگالی توان کنترل شده
استراتژی های گرمایش منطقه ای
فرآیند{0}}پروفایل حرارتی خاص
چالش مهندسی: عدم تطابق انبساط حرارتی
یکی از چالش های مهندسی اولیه مدیریت تفاوت در انبساط حرارتی بین مواد فولادی و سرامیکی است.
مدیریت استرس در دماهای بالا
بدون کاهش، چرخه حرارتی مکرر می تواند منجر به موارد زیر شود:
میکرو-ترک در لایه سرامیکی
لایه لایه شدن در رابط
دوام طولانی مدت-کاهش یافت
راه حل های رابط درجه بندی شده
این موضوع از طریق:
انتقال مواد درجه بندی شده عملکردی
لایه های رابط ترکیبی متنوع
پیوند انتشار کنترل شده در طول پردازش لیزر
این تکنیک ها به تدریج تفاوت های خواص مکانیکی و حرارتی بین فولاد و سرامیک را پل می کنند و یکپارچگی سازه را بهبود می بخشند.
کاربردهای صنعتی و ریشه های فناوری
فناوری{0}}هیتر سرامیکی پخته شده لیزری در حال ظهور است:
سیستم های مدیریت حرارتی هوافضا
تجهیزات پردازش ویفر نیمه هادی
پلتفرمهای آزمایش مواد در دمای بالا-
این صنایع تقاضا دارند:
پایداری دمایی شدید
قابلیت چرخش حرارتی سریع
گرمایش سطح فوق العاده-یکنواخت
این فناوری اکنون در حال تبدیل شدن به کاربردهای صنعتی گسترده تر است.
مقایسه عملکرد با سیستم های گرمایشی معمولی
در مقایسه با کارتریج-صفحههای گرم شده، سیستمهای سرامیکی چسبانده شده لیزری ارائه میدهند:
پاسخ حرارتی سریعتر به دلیل حذف موانع هدایت
حداکثر دمای عملیاتی بالاتر
بهبود یکنواختی دمای سطح
کاهش اینرسی حرارتی
این مزایا بهویژه در شکلدهی دقیق و پردازش با دمای{0}بالا قابل توجه است.
چشم انداز آینده برای طراحی صفحه با دمای بالا-
همانطور که روشهای تولید بالغ میشوند، انتظار میرود که سیستمهای سرامیکی پخته شده لیزری-به سمت زیر تکامل یابند:
سطوح بزرگتر-گرمکننده یکنواخت
معماری های کنترل چند{0}منطقه ای یکپارچه
سیستم های حرارتی هیبریدی سرامیکی-فلزی
AI{0}}کنترل توزیع حرارتی را بهینه کرد
این پیشرفت ها نشان دهنده تغییر به سمت سطوح حرارتی کاملاً یکپارچه به جای اجزای بخاری گسسته است.
نتیجه گیری
فناوری گرمایش سرامیکی پختهشده لیزری{0}}برای بازتعریف محدودیتهای عملکرد سیستمهای صفحه صنعتی قرار گرفته است. با ایجاد یک پیوند مستقیم و یکپارچه بین لایه های گرمایش سرامیکی و بسترهای فلزی،صفحه حرارت بالا بخاری سرامیکی متخلخل لیزریطراحی ها به دمای عملیاتی فوق العاده، پاسخ حرارتی سریع و یکنواختی استثنایی دست می یابند.
این فناوری قرار است پوشش پردازش دمای بالا را فراتر از محدودیتهای سیستمهای گرمایش تعبیهشده معمولی- گسترش دهد. در نسل بعدی مهندسی حرارتی، داغ ترین ابزارها به طور فزاینده ای توسط لیزر شلیک می شوند.
