材料的导热性能
热传导系数
定义:截面积为1平方米的柱体在轴向1米距离产生的温差为1开(或者,1摄氏度)的时候所传输的热传导功率,单位为W/(m·K)。数值越大,就表明该材料的热传递速度越快,能流密度就越大。
材质 |
热传导系数W/(m·K) |
---|---|
银(Ag) |
429 |
铜(Cu) |
401 |
金(Au) |
317 |
铝(Al) |
237 |
AA1070型铝合金 |
226 |
AA1050型铝合金 |
209 |
AA6061型铝合金 |
115 |
ADC12型铝合金 |
96 |
铁 |
48 |
由上表中可以得知,银、铜的热传导系数最好,金也不错,但是很显然,金和银这两种材料的成本较高,不利于大规模量产(在人造卫星上则可以用到金和银)。因此在目前的市场中,散热器都以铜和铝为主,而在实际产品上,纯铝的价格较高(电解法制铝),且散热效果比合金铝好不了多少,所以基本上散热器材都采用了合金铝作为实际材质。需要注意的是,铝合金也有一些型号热传导系数比纯铝差上不少。
比热容
定义:使单位质量物体升高一开所需的热量,单位为J/(kg·K),以前也用单位Cal/(kg·℃),数值越大代表物体容纳热量的能力越大。
材质 |
比热J/(kg·K) |
---|---|
水(H2O) |
4184 |
铝(Al) |
908 |
铁(Fe) |
473 |
铜(Cu) |
389 |
银(Ag) |
234 |
铅(Pb) |
130 |
跟一般人认知不同的是,我们主动CPU散热器的材质,并不是比热越小越好(相对地,被动CPU散热器的材质,则是比热大一点比较好),这一点可能会比较难以理解:因为主动式散热器的任务并不是维持大的比热、储存更多的热量,而是尽快地将热量散发出去(被动式散热器具有一点储存的要求,然而任务也是散发热量),不少人都搞混了这一点,因此得出采用铝比采用铜更好的结论就不足为奇了。
比热小的材质,相同的热量可以得到更高的温度,这样根据牛顿冷却定律,热量向外传输、散发的速度也就越快,像热管这样的产品其比热就很小,非常小,然而人们却不能否认其热传导能力的强劲。
至于水冷的情况略有不同,对于CPU而言,液冷热传媒比起更远处的散热排而言更为“像”一个“散热器”,因此要采用比热较高、相对温度就较低的水/液体来尽快吸走热量,和风冷散热其间的分别,人们可能比较难以分辨。
热阻
热阻,顾名思义就是物体对热量传导的阻碍效果。热阻的概念与电阻非常类似,单位也与之相仿——℃/W,即物体持续传热功率为1W时,导热路径两端的温差。以散热器而言,导热路径的两端分别是发热物体(如CPU等)与环境空气。
散热器热阻=(发热物体温度-环境温度)÷导热功率。
Intel的公式:ψCA=(TC-TA)/PD
可见这个ψCS则是CPU-散热器热特征参数就是一个热阻参数,自然,热阻是越小越好。
风阻
风冷散热器的散热片需要依靠风扇产生的气流才可良好地散热,实际通过的有效风量与散热效果关系密切,而散热片会对风量造成影响的指标就是“风阻”了。
风阻,顾名思义是物体对流过气流的阻碍作用,跟电阻、热阻比较类似。