Le matériel thermiquenouvellement développé est prometteur pour une utilisation dans les accélérateurs futurs et l'industrie
La recherche d'un remplacement évolutif de cuivre en tant que matériau de conduite thermique dans des applications de gestion thermique élevées est un processus continu depuis plus d'une décennie. Le cuivre est toujours utile comme conducteur thermique – il’s bon marché, efficace, peut être produit en grande quantité et peut être façonné pour une utilisation sur de grands composants. Mais dans certains cas, comme le CERN’s grand collisionneur de hadrons (LHC) Et d'autres contextes industriels spécifiques, il estnécessaire de faire un matériau qui possède une faible densité et peut gérernon seulement une chaleur extrême, mais aussi une pression structurelle extrême.
C'est pourquoi le Cern a, à travers divers-Des projets financés et avec l'aide des partenaires industriels Brevetti Bizzti et Nanoker ont travaillé sur la recherche d'un remplacement approprié. Le travail est centré sur le carbure-matériaux de carbone (CCMS), qui combinent la ténacité des carbures avec la polyvalence du carbone, ce qui les rend idéales comme conducteurs thermiques dans des conditions difficiles.
Une solution, molybdène-graphite (Mogr), a déjà réussi dans une certaine mesure. Il a été initialement conçu pour une application au CERN’s High Luminosity Luminosity LHC, qui devrait commencer ses opérations en 2030, dans le cadre des collimateurs – dispositifs utilisés pour contrôler et façonner le faisceau de particules.
Ces appareils doivent fonctionner très près du faisceau de particules et doivent donc dissiper des densités de puissance importantes. Un matériau thermique approprié et léger n'existait pas sur le marché commercial.
L'objectif était fixé pour trouver un matériau qui avait: une conductivité thermique élevée (deux fois plus élevé que les meilleurs “standard” chef d'orchestre, c'est-à-dire le cuivre), bonne conductivité électrique, faible densité, faible coefficient d'expansion thermique et bonnes propriétés mécaniques.
Après des recherches et un développement importants de MOGR, les équipes du CERN ont réussi à prototyper puis à industrialiser le matériau, permettant en 2020 la construction de 15 collimateurs équipés de ~300 blocs d'absorbeur de Mogr. Douze de ces collimateurs sont activement utilisés lors de l'exécution actuelle 3 du LHC, qui a commencé en 2022 et se terminera en 2026.
Les excellentes propriétés thermophysiques du Mogr le rendent très attrayant pour une gamme d'applications industrielles et technologiques bien au-delà-physique de l'énergie et collideurs.
Les champs potentiels d'application pour le matériau comprennent-L'électronique de puissance, les champs aérospatiale, fusion etnucléaire, où une expansion thermique réduite et une faible densité sontnécessaires ainsi qu'une conductivité thermique élevée et une résistance aux chocs thermiques.
Cependant, l'utilisation approfondie du MOGR dans l'industrie et les centres de recherche a jusqu'à présent été entravée par son coût de production élevé et la taille limitée des blocs qui peuvent être produits.
Lorsque vous comparez de bons conducteurs thermiques, le cuivre de haute pureté a un coût par unité de volume d'environ €0,15 par cm3, le graphite isotrope, qui est plus léger mais moins conducteur, coûte environ 10 fois plus, et Mogr, plus léger et plus conducteur, coûte environ 100 fois plus que le cuivre.
Quoi’s plus, la taille maximale d'une partie CCM qu'il a été possible de produire a été limitée à 400 cm3. Enfin, le processus de production d'un tel CCM est consommateur d'énergie,nécessitant une puissance de machine élevée pour atteindre la température de frittage requise, qui est supérieure à 2600 °C. Pour ces raisons, l'application du CCMSne peut être limitée qu'à très élevée-Applications finales, où le coût du matériel est secondaire par rapport aux performances.