Was ist Wärmekontaktwiderstand – Wärmekontaktleitfähigkeit – Definition

Wärmekontaktwiderstand – Wärmekontaktleitfähigkeit

In der Wärmetechnik  repräsentiert der Wärmekontaktleitwert [W / m ² · K] oder der Wärmekontaktwiderstand [m ² · K / W] die Wärmeleitung zwischen zwei Festkörpern. Wenn Komponenten verschraubt oder auf andere Weise zusammengedrückt werden, ist auch die Kenntnis der thermischen Leistung solcher Verbindungen erforderlich. In diesen Verbundsystemen kann der Temperaturabfall an der Grenzfläche zwischen Materialien erheblich sein. Dieser Temperaturabfall wird durch den gekennzeichnete thermischen Kontakt Leitwert Koeffizienten , h _cDies ist eine Eigenschaft, die die Wärmeleitfähigkeit oder Wärmeleitfähigkeit zwischen zwei sich berührenden Körpern angibt. Während umfangreiche Datenbanken zu den thermischen Eigenschaften von Schüttgütern existieren, existieren ähnliche Datenbanken für gepresste Kontakte nicht.

Die Umkehrung dieser Eigenschaft wird als thermischer Kontaktwiderstand bezeichnet .

Der Kontaktwiderstand ist in hohem Maße von der Oberflächenrauheit abhängig . Der Druck, der die beiden Oberflächen zusammenhält, beeinflusst auch den Kontaktwiderstand. Es wird beobachtet, dass der Wärmekontaktwiderstand mit abnehmender Oberflächenrauheit und zunehmendem Grenzflächendruck abnimmt. Dies wird auf die Tatsache zurückgeführt, dass die Kontaktfläche zwischen den Körpern mit zunehmendem Kontaktdruck wächst. Wenn zwei solcher Oberflächen gegeneinander gedrückt werden, bilden die Spitzen einen guten Materialkontakt, während die Täler mit Luft gefüllte Hohlräume bilden. Diese mit Luft gefüllten Hohlräume wirken aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit der Luft als Isolierung. Die begrenzte Anzahl und Größe der Kontaktstellen führt zu einer tatsächlichen Kontaktfläche, die erheblich kleiner ist als die scheinbare Kontaktfläche. Im Falle eines metallischen Verbundmaterials, das in ein Vakuum gebracht wird, ist die Wärmeleitung durch die Kontaktstellen die primäre Art der Wärmeübertragung, und der Kontaktwiderstand ist im Allgemeinen größer als wenn sich das Verbundmaterial in Gegenwart von Luft oder einer anderen Flüssigkeit befindet. Darüber hinaus ist der Wärmekontaktwiderstand signifikant und kann für gute Wärmeleiter wie Metalle dominieren, kann jedoch für schlechte Wärmeleiter wie Isolatoren vernachlässigt werden.

Zum Beispiel:

• Der Wärmekontaktleitwert für Aluminiumplatten mit einer Oberflächenrauheit von 10 μm in Luft mit einem Grenzflächendruck von 1 atm beträgt h _c = 3640 W / m ² · K
• Der Wärmekontaktleitwert für Aluminiumplatten mit einer Oberflächenrauheit von 10 μm in Helium mit einem Grenzflächendruck von 1 atm beträgt h _c = 9520 W / m ² · K
• Der Wärmekontaktleitwert für Edelstahlbleche mit einer Oberflächenrauheit von 2,5 μm in Luft mit einem Grenzflächendruck von 1 MPa beträgt etwa h _c = 3000 W / m ² · K

Der Wärmekontaktwiderstand kann minimiert werden, indem eine wärmeleitende Flüssigkeit, die als Wärmeleitpaste bezeichnet wird, wie z. B. CPU-Fett, auf die Oberflächen aufgetragen wird, bevor sie gegeneinander gedrückt werden. Die Hauptaufgabe von Wärmeleitpaste besteht darin, Luftspalte oder Zwischenräume (die als Wärmeisolator dienen) im Grenzflächenbereich zu beseitigen, um die Wärmeübertragung zu maximieren. Die Wärmeleitfähigkeit des interstitiellen Materials und sein Druck sind die beiden Eigenschaften, die seinen Einfluss auf die Kontaktleitfähigkeit bestimmen.

Spezielle Referenz: Madhusudana, Chakravarti V., Wärmeleitfähigkeit. Springer International Publishing, 2014. ISBN: 978-3-319-01276-6.