Dasneu entwickelte thermische leitende Material verspricht den Einsatz in zukünftigen Beschleunigern und der Industrie
Die Suchenach einem skalierbaren Ersatz für Kupfer als thermisches Leitmaterial in hohen thermischen Managementanwendungen ist seit über einem Jahrzehnt ein fortlaufender Prozess. Kupfer ist als thermischer Leiter immernochnützlich – Es’S billig, effektiv, kann in großen Mengen hergestellt und für große Komponenten geformt werden. Aber in bestimmten Fällen wie CERN’S großer Hadron -Kollider (Lhc) und andere spezifische industrielle Umgebungen sind ein Material erforderlich, das eine geringe Dichte besitzt undnichtnur extreme Wärme, sondern auch extremen strukturellen Druck bewältigen kann.
Deshalb hat CERN durch verschiedene EU-Finanzierte Projekte und mit Hilfe von Industrial Partners Brevetti Bizz und Nanoker arbeiteten an der Suchenach einem geeigneten Ersatz. Die Arbeit konzentrierte sich auf Carbid-Kohlenstoffmaterialien (Ccms), die die Zähigkeit von Carbiden mit der Vielseitigkeit von Kohlenstoff kombinieren und sie als thermische Leiter unter schwierigen Bedingungen ideal machen.
Eine Lösung, Molybdän-Graphit (Mogr), war bereits in gewissem Maße erfolgreich. Es wurde ursprünglich für die Anwendung in CERN entwickelt’s verbessert hohe Leuchtkraft LHC, das im Rahmen der Kollimatoren im Jahr 2030 mit dem Betrieb beginnen soll – Geräte zur Steuerung und Gestaltung des Partikelstrahls.
Diese Geräte müssen sehrnahe am Partikelstrahl arbeiten und müssen daher signifikante Leistungsdichten ablassen. Ein geeignetes und leichtes thermisches Leitmaterial existiertenicht auf dem kommerziellen Markt.
Das Ziel sollte ein Material finden, das: hohe thermische Leitfähigkeit hatte (zweimal höher als die besten “Standard” Leiter, d. H. Kupfer), gute elektrische Leitfähigkeit,niedrige Dichte,niedriger Wärmeausdehnung und gute mechanische Eigenschaften.
Nach signifikanter Forschung und Entwicklung von MOGern gelang es den Teams von CERN, das Material zu prototypisieren und dann zu industrialisieren, was 2020 den Bau von 15 Kollimatoren ermöglichte, die mit ausgestattet sind ~300 MOgrabsorberblöcke. Zwölf dieser Kollimatoren werden während des aktuellen Laufs 3 des LHC aktiv verwendet, der 2022 begann und im Jahr 2026 endet.
Die ausgezeichneten thermophysikalischen Eigenschaften des MOGR machen es für eine Reihe von industriellen und technologischen Anwendungen sehr ansprechend, weit über hoch hinaus-Energiephysik und Kollider.
Potenzielle Anwendungsfelder für das Material sind hoch-Leistungselektronik, Luft- und Raumfahrt, Fusion und Kernfelder, wobei eine verringerte thermische Expansion undniedrige Dichte zusammen mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit und thermischen Schockwiderstand erforderlich sind.
Die umfassende Verwendung von MOG in Industrie- und Forschungszentren wurde jedoch bisher durch die hohen Produktionskosten und die begrenzte Größe der hergestellten Blöcke behindert.
Wenn Sie gute thermische Leiter vergleichen €0,15 pro cm3, isotropes Graphit, das leichter, aber weniger leitfähig ist, kostet etwa 10 -mal mehr, und MOG, leichter und leitender, kostet etwa 100 -mal mehr als Kupfer.
Was’S Mehr ist die maximale Größe eines CCM -Teils, das er produziert hat, auf 400 cm begrenzt3. Schließlich ist der Produktionsprozess eines solchen CCM den Energieverbrauch und erfordert eine hohe Maschinenleistung, um die erforderliche Sintertemperatur zu erreichen, die über 2600 liegt °C. Aus diesen Gründen kann derzeit die Anwendung von CCMsnur auf sehr hoch beschränkt sein-Endanwendungen, bei denen die Materialkosten in Bezug auf die Leistung sekundär sind.