散热那些事 篇二十三：铜or铝？真是个问题！材料的指正与补充

一直以来，关于“铜、铝材质散热鳍片性能孰优孰劣”的话题，往往争论不断，从未停歇。究竟是铜制的鳍片性能更好，还是铝材性能更佳？

有些人说，“铜导热快，铝散热快”，这种说法是否正确？ 还有人认为，“在PC散热器上，无论如何都是铜优于铝”，这有科学依据吗？

要明白这些问题，就得从“导热”与“散热”的概念说起了。

“导热”与“散热”

在电脑散热器的工作过程中，热量的传递分为两大环节：“导热”与“散热”。

所谓“导热”，顾名思义，可以理解为热量在固体中进行传导的过程。具体到散热器上，我们可以大致地将 CPU 至 散热鳍片 的热量传导过程，都视作“导热”环节。

而“散热”就更加简洁明了，自然是指热量从鳍片散发至空气当中，由固体向气体传递热量的过程了。

“导热”与“散热”两大过程是散热器工作的核心，它们相铺相成，缺一不可。

铜与铝之争

明确了“导热”与“散热”的概念，接下来让我们来分析一番铜与铝的材料特点吧。

众所周知，铜最突出的优势是“导热率高”。纯铜（紫铜）的导热率高达401W/m*K，在常见的金属中，它仅次于银（429W/m*K），远远高于铝的240W/m*K。

因此，在直接进行导热的底座和热管等部件上，导热率更高的铜远胜于铝材。在铝面前，“铜导热快”的说法毋庸置疑。

散热器底座是纯铜的主场

而铝最突出的特点是“比热容大”。纯铝的比热容高达8.8×10^2J/(kg·℃)，是铜材料的2.25倍。然而，更大的比热容一定意味着更大的热容量吗？

散热器并不是能无限放大体积的产品，在实际对比中，不变的往往并不是散热器的重量，而是散热器的体积——而在密度上，铜有着巨大的优势。如前所述，铝的比热容是铜的2.25倍。但是，纯铜的密度高达铝的3.3倍！

经过一番换算我们可以得知，同等体积的铜反而能多吸收约30-40%的热量。虽然比热容更小，但得益于密度上的优势，铜质散热器反而有更大的热容量。

但这似乎不一定是好事，分歧就出在“吸收热量”这一点上。在散热器的“散热”过程中，是需要流体（即空气）的对流来完成的，根据估算热对流时使用的公式：

热流量=对流传热系数×物体表面积x（物体表面同流体的温度差ΔT）

可以得知，在对流传热系数（可简单理解为风力）相同的情况下，物体表面与空气的温差ΔT越大，热流量越大，散热效果越好。

“铝散热快”的观点认为，虽然铝制散热器的热容小一些，但由于它升温更快，更大的温度梯度带来了更大的热流量，在散热速度上具有优势。

然而，事实真的如此吗？

还记得我们之前说的吗？“导热”和“散热”相铺相成，缺一不可。关键在于，散热器是一个整体，“散热”不能独立于“导热”而单独讨论！

让我们将CPU的温度设作T1，鳍片的温度为T2，空气的温度则是T3，鳍片与空气的温差还是ΔT。

我们都希望CPU温度T1更低一些，因此希望更多的热量转移到散热器上，令鳍片温度T2升高。CPU温度T1与鳍片温度T2的差值越小，意味着热量在散热器上分摊得越均匀。这便是“导热”的过程。

如前所述，物体表面与空气的温差越大，散热效果越好。所以鳍片温度T2与空气温度T3的温差ΔT越大，散热速度便会越快。这便是“散热”的过程。

不知你是否发现，根据热量传递的先后顺序，“CPU温度T1与鳍片温度T2的差值小” 是 “鳍片温度T2与空气温度T3差值大”的前提条件。也就是说，在气温不变的前提下，“只有热量充分传导至鳍片上，才能令鳍片与空气有更大的温差”。

而在其他条件一定的前提下，材料导热系数越大，导热越快。根据热传导公式，铜鳍片的导热系数更高，与CPU的温度差距会更小，与空气的温差ΔT则更大，散热效率因此更强。

这意味着，在实际应用中，其他条件恒定的前提下，“导热”不给力的铝，根本不可能创造出比铜更大的ΔT温差。而“铝散热更快”的说法，正是忽略了铝在“导热速率”上的弱点，强行让铜与铝在相同时间内导入了同等热量，自然得出了错误的结论。

应用实例

所以，铜适合用于制作热管与底座等负责导热的元件，铝适合用于制作鳍片等负责散热的部分吗？对，但也不对。

说它对，是因为散热器虽然不能无限放大体积，但也不能无限放大重量。对越来越大的塔式散热器而言，如果用纯铜制造全部鳍片，散热器将变为“主板不可承受之重”。

以利民TRUE Copper为例，它只有六条热管。从规格上看，它是非常普通的单塔散热器。不普通的地方在于，它的设计基于著名的利民U120E，但用纯铜打造。

结果便是，TRUE Copper的重量达到了骇人的1.9kg，相比U120E翻了将近2.5倍——即便如此，这还没算上风扇的重量！

由于纯铜散热器太过沉重，利民建议将安装了TRUE Copper的主板平放。不推荐用户将机箱与主板竖立，也不建议在安装TRUE Copper后移动机箱。

单塔散热器尚且如此，纯铜的“威力”可见一斑。主板能承受的重量是有限的，优先保障在“导热”过程中更重要的底座与热管由铜制成。而在面积巨大的鳍片材料上，就只能做出取舍了。

说它不对，是因为除去重量和成本因素，在散热性能上，同体积/造型的铜鳍片一定强于铝鳍片。因为铜拥有更高的导热系数，可以在鳍片上迅速地创造出更大的温差，从而形成更大的热流量，提高散热效率。

因此，只要条件允许，“纯铜”是比“铜铝混合”更具性能的解决方案。

以TRUE COPPER为例，它的负载温度相比U120E低了4℃。尽管比起那惊人的重量提升而言，这点提升只能算是杯水车薪，但至少也是“铜强于铝”的有力证据。

而在重量与成本相对可控的下压式散热器上，“纯铜”的案例就要更多了。利民AXP-100、AXP90等市场热门型号，都曾推出过纯铜鳍片的款式。

AXP-100 Full Copper

在空间寸土寸金的服务器机柜里，更是少不了纯铜散热器的身影。更大的热容和更高的效率，它们是工业领域的常客。

纯铜鳍片的服务器2U散热

尽管这些“纯铜版散热器”的价格接近翻倍，重量也节节攀升。但在更强力的效能面前，发烧友们一定会认可它物有所值。

后记

“导热”和“散热”相铺相成，缺一不可。它们是散热系统的核心，不能单独讨论。“铜导热快”的观点没有问题，而“铝散热快”的说法，正是忽视了二者的联系，将“散热”独立于“导热”讨论，从而得出了错误的结果。

而作为一名热爱折腾的硬件玩家，我也曾犯下了同样的错误。在《材料篇•铜or铝？这是个问题》文章中，我就将“散热”与“导热”分开讨论，从而得出了不正确的结果。在此，向读者们致歉。​

​希望这篇文章尽可能消除前文的误导，对铜铝之间的散热纷争给出正确结论。如有错误，还望不吝指正！

这篇文章到这里就结束了。如果对本文内容与散热选购有疑惑，随时欢迎与我交流。

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