Äskettäin kehitetty lämmönjohtamismateriaali pitää lupausta käytettäväksi tulevissa kiihdyttimissä ja teollisuudessa
Kuparin skaalautuvan korvaamisen etsiminen lämpöjohtavana materiaalina korkeissa lämmönhallintasovelluksissa on ollut jatkuva prosessi yli kymmenen vuoden ajan. Kupari on edelleen hyödyllinen lämpö kapellimestarina – se’s halpaa, tehokasta, voidaan tuottaa suurina määrinä ja se voidaan muotoilla käytettäväksi suurissa komponenteissa. Mutta tietyissä tapauksissa, kuten CERN’S Suuri Hadron Collider (LHC) ja muut erityiset teollisuusympäristöt, tarvitaan materiaalia, jolla on pieni tiheys ja joka voi hallita paitsi äärimmäistä lämpöä, myös äärimmäistä rakenteellista painetta.
Siksi CERN: llä on erilaisia EU: ta-Rahoittamat hankkeet ja teollisuuskumppanien avulla Brevetti Bizz ja Nananoker, pyrkivät löytämään sopivan korvauksen. Työ on keskittynyt karbidiin-hiilimateriaalit (CCMS), joka yhdistää karbidien sitkeyden hiilen monipuolisuuteen, mikä tekeeniistä ihanteellisia lämpöjohtimina vaikeissa olosuhteissa.
Yksi liuos, molybdeeni-grafiitti (Mogr), on jo onnistunut jossain määrin. Se alun perin suunniteltiin soveltamiseksi CERN: ssä’S Päivitetty korkea valoisuus LHC, jonka on tarkoitus aloittaa toiminta vuonna 2030, osana kollimaattoreita – Laitteet, joita käytetään hiukkasten säteen ohjaamiseen ja muotoiluun.
Näiden laitteiden on toimittava hyvin lähellä hiukkaspalkkia, ja siksiniiden on hävitettävä merkittävät tehotiheydet. Sopiva ja kevyt lämmönjohtavaa materiaalia ei ollut kaupallisilla markkinoilla.
Tavoitteena oli löytää materiaali, jolla oli: korkea lämmönjohtavuus (Kaksi kertaa suurempi kuin paras “standardi” kapellimestari, ts. Kupari), hyvä sähkönjohtavuus, pieni tiheys, alhainen lämpölaajennuskerroin ja hyvät mekaaniset ominaisuudet.
MOGR:n merkittävän tutkimuksen ja kehityksen jälkeen CERN:n ryhmät onnistuivat prototyyppiin ja teollistumaan materiaalin, sallimalla vuonna 2020 15 kollimaattorin rakentamisen ~300 MOGR -absorboijalohko. Näistä kollimaattoreista kaksitoista käytetään aktiivisesti LHC:nnykyisen 3 aikana, joka alkoi vuonna 2022 ja päättyy vuonna 2026.
MOGR:n erinomaiset termofysikaaliset ominaisuudet tekevät siitä erittäin houkuttelevan monille teollisuus- ja teknologisille sovelluksille, jotka ovat selvästi korkeampi-Energiafysiikka ja törmäilijät.
Materiaalin potentiaaliset sovelluskentät sisältävät korkean-Tehoelektroniikka-, ilmailu-, fuusio- ja ydinkentät, joissa vaaditaan vähentynyt lämmön laajeneminen ja alhainen tiheys sekä korkea lämmönjohtavuus ja lämmönkestävyys.
MOGR:n laajaa käyttöä teollisuudessa ja tutkimuskeskuksissa on kuitenkin toistaiseksi estänyt sen korkeat tuotantokustannukset ja tuotettavien lohkojen rajoitetun koon.
Vertailemalla hyviä lämpöjohtimia, korkean puhtauden kuparin kustannukset yksikkötilavuudella €0,15 \/ cm3, isotrooppinen grafiitti, joka on kevyempi, mutta vähemmän johtava, maksaanoin 10 kertaa enemmän, ja MOGR, kevyempi edelleen ja johtavampi, maksaanoin 100 kertaa enemmän kuin kuparia.
Mitä’Sitä enemmän, CCM -osan enimmäiskoko, jonka on mahdollista tuottaa, on rajoitettu 400 cm: iin3. Lopuksi, tällaisen CCM:n tuotantoprosessi on energiaa kuluttava, mikä vaatii korkean koneen saavuttamista vaaditun sintrauslämpötilan saavuttamiseksi, mikä on yli 2600 °C. Näistä syistä CCMS:n soveltaminen voidaan tällä hetkellä rajoittaa vain erittäin korkeaan-Loppu -sovellukset, joissa materiaalikustannukset ovat toissijaisia suorituskyvyn suhteen.