تماس فلزی-به-هیچ وقت کامل نیست. حتی سطوح ماشینکاری شده دقیق فقط در نقاط مرتفع میکروسکوپی، با دره هایی بین هوای حاوی هوا که به عنوان عایق حرارتی عمل می کند، لمس می شوند. برای بخاریهای کارتریج 28 میلیمتری، این مقاومت رابط میتواند بر عملکرد حرارتی کلی تسلط داشته باشد، و بخاریها را مجبور میکند تا 50 تا 100 درجه گرمتر از حد لازم در داخل کار کنند و در عین حال حرارت کمتری نسبت به آنچه طراحی شده است به فرآیند تحویل دهند.
سطح تماس واقعی معمولاً 30{5}}50٪ از مساحت هندسی اسمی را برای سطوح ماشینکاری شده در سطح 1.6-3.2 میکرومتر را نشان می دهد. 50-70٪ باقیمانده شامل شکاف های هوا با رسانایی حرارتی 0.025 W/m·K- در مقایسه با 15 W/m·K برای فولاد ضد زنگ، با نسبت 600:1 است. این تفاوت چشمگیر باعث می شود کیفیت رابط به طور نامتناسبی برای عملکرد کلی سیستم مهم باشد.
ترکیبات انتقال حرارت این شکاف ها را پل می کنند. این مواد، معمولاً سیلیکونهای{1}}سرامیکی یا فرمولهای گریس تخصصی، فضاهای خالی میکروسکوپی را پر میکنند و گرما را در سرتاسر سطح مشترک هدایت میکنند. رسانایی گرمایی موثر 2-5 W/m·K-100-200 برابر بهتر از هوا، مقاومت تماس را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. اما ترکیبات نمی توانند بر مشکلات اساسی تناسب غلبه کنند. آنها به جای اصلاح نصب ضعیف، تماس خوب را بهینه می کنند.
تکنیک کاربرد به شدت بر عملکرد ترکیب تأثیر می گذارد. خیلی کم جاهای خالی میگذارد. بیش از حد، لایه های ضخیمی ایجاد می کند که مقاومت حرارتی را افزایش می دهد. ضخامت بهینه معمولاً 0.05-0.10 میلیمتر برای پر کردن بینظمیهای سطحی بدون مقاومت تودهای قابل توجه است. تجهیزات توزیع کنترل شده یا کاربرد دستی آموزش دیده با رویه های مشخص، سازگاری را تضمین می کند. استفاده مجدد در طول هر تعویض بخاری، عملکرد را با کاهش ترکیب اصلی حفظ می کند.
طبق تجزیه و تحلیل مهندسی حرارتی، کاربرد ترکیب بهینه میتواند دمای عملیاتی بخاری 28 میلیمتری را برای شار حرارتی 30{3}}50 درجه کاهش دهد. این کاهش دما به ازای هر کاهش 10 درجه ای، عمر مفید اکسیداسیون{6}}محدود را تقریباً دو برابر می کند. سرمایهگذاری مرکب-شاید 20 تا 50 دلار برای هر بخاری، چندین برابر را از طریق فواصل خدمات طولانیتر باز میگرداند.
بهینه سازی سطح به تماس در مقیاس میکرو می پردازد. بهبود از 3.2 به 1.6 μm Ra تقریباً سطح تماس واقعی را دو برابر می کند. بهبود بیشتر به 0.8 میکرومتر Ra بازده کاهشی را برای اکثر برنامهها فراهم میکند، اگرچه فرآیندهای حیاتی ممکن است هزینه ماشینکاری اضافی را توجیه کنند. تعادل بهینه هزینه تولید را در برابر سود عملکرد حرارتی متعادل می کند.
جهت بافت سطح بر توزیع ترکیب تأثیر می گذارد. نقوش متقاطع-هچ شده از سنگ زنی مخازنی ایجاد می کند که ترکیب را تحت تنش حرارتی و مکانیکی حفظ می کند. الگوهای محوری موازی با درج بخاری ممکن است امکان جابجایی ترکیب را در طول نصب فراهم کند. پرداخت های ایزوتروپیک حاصل از سنگ زنی رفتار ثابتی را در همه جهات ارائه می دهند. برنامه های کاربردی خاص ممکن است از مهندسی بافت عمدی بهره مند شوند.
جفت شدن مواد بر هدایت رابط تأثیر می گذارد. بخاریهای فولادی 28 میلیمتری در سوراخهای فولادی به تماس بهتری نسبت به فولاد در آلومینیوم در پرداخت معادل دست مییابند، به دلیل سختی مشابه که امکان تماس منسجم را تحت انبساط حرارتی فراهم میکند. مواد سختتر در برابر تغییر شکل موضعی که ناحیه تماس را بهبود میبخشد، مقاومت میکنند. مواد نرمتر در ابتدا بهتر منطبق میشوند، اما ممکن است سایش سریعتری را تجربه کنند. انتخاب ترکیب می تواند عدم تطابق مواد را جبران کند.
اثرات فشار بر مقاومت تماس غیرخطی-است. تناسب تداخل اولیه باعث ایجاد تماس مکانیکی در نوک های نازکی می شود. با افزایش فشار از طریق انبساط حرارتی یا بارگذاری خارجی، ناحیه تماس افزایش مییابد اما با کاهش بازده. فراتر از فشار بهینه، تغییر شکل به جای رسانایی بهبود یافته{4}}مشخصات مناسب گرمکن، این ناحیه بهینه را هدف قرار میدهد.
خلاء و اثرات محیطی رفتار رابط را تغییر می دهند. در کاربردهای خلاء، گاز خروجی ترکیب باید کنترل شود تا از آلودگی جلوگیری شود. محیطهای پرتابش ممکن است ترکیبات آلی را تخریب کنند و به جایگزینهای مبتنی بر سرامیک یا فلز- نیاز داشته باشند. قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی می تواند به مواد رابط حمله کند و از طریق محصولات واکنش موانع حرارتی ایجاد کند.
اندازه گیری مقاومت حرارتی رابط، طراحی و نصب را تایید می کند. آزمایش پاسخ حرارتی گذرا، مقایسه رفتار گرمای{1} واقعی با عملکرد مدل شده با تماس کامل، مقاومت را کمیت میکند. ترموگرافی مادون قرمز توزیع دمای سطح را به تصویر می کشد و الگوهای تماس غیریکنواخت را نشان می دهد. این تشخیص ها مشکلاتی را شناسایی می کنند که برای بازرسی بصری قابل مشاهده نیستند.
برای کاربردهای حیاتی، فناوری های نوظهور راه حل های پیشرفته ای را ارائه می دهند. فاز-موادی را تغییر میدهد که در دمای کار جامد میشوند و کاملاً با بینظمیهای سطح مطابقت دارند. نانولوله های کربنی{3}}ترکیبات تقویت شده با رسانایی 10-20 W/m·K. پیوند متالورژیکی از طریق فرآیندهای فاز مایع گذرا. این رویکردها هزینه و پیچیدگی را می افزایند که تنها با سخت ترین الزامات عملکرد حرارتی توجیه می شود.
بینش اساسی این است که عملکرد بخاری 28 میلی متری به سیستمی بستگی دارد که فراتر از خود بخاری گسترش می یابد و شامل کیفیت نصب، آماده سازی سطح و مواد رابط است. بهینه سازی این سیستم مستلزم توجه به جزئیات-مشخصات پایان، انتخاب ترکیب، تکنیک کاربرد، تحمل تناسب{3}} است که به صورت مجزا جزئی به نظر میرسند اما ترکیبی هستند تا مشخص شود آیا گرمکنهای گران قیمت عملکرد طراحی شده خود را ارائه میدهند یا به دلیل تنش حرارتی قابل اجتناب نارسند.
