Bahan konduktor termal yang baru dikembangkan menjanjikan untuk digunakan dalam akselerator dan industri di masa depan
Pencarian untuk penggantian yang dapat diskalakan untuk tembaga sebagai bahan konduktor termal dalam aplikasi manajemen termal yang tinggi telah menjadi proses yang berkelanjutan selama lebih dari satu dekade. Tembaga masih berguna sebagai konduktor termal – dia’S murah, efektif, dapat diproduksi dalam jumlah besar dan dapat dibentuk untuk digunakan pada komponen besar. Tetapi dalam kasus tertentu, seperti CERN’S Collider Hadron Besar (LHC) Dan pengaturan industri spesifik lainnya, ada kebutuhan untuk bahan yang memiliki kepadatan rendah dan dapat mengelola tidak hanya panas ekstrem, tetapi juga tekanan struktural yang ekstrem.
Itulah mengapa CERN memiliki, melalui berbagai UE-Proyek yang didanai dan dengan bantuan mitra industri Brevetti Bizz dan Nanoker, telah berupaya menemukan pengganti yang sesuai. Pekerjaan itu berpusat di karbida-bahan karbon (CCMS), yang menggabungkan ketangguhan karbida dengan keserbagunaan karbon, menjadikannya ideal sebagai konduktor termal dalam kondisi yang sulit.
Satu larutan, molibdenum-grafit (Mogr), telah berhasil sampai batas tertentu. Awalnya dirancang untuk aplikasi di CERN’S yang ditingkatkan luminositas lhc tinggi, yang dijadwalkan untuk memulai operasi pada tahun 2030, sebagai bagian dari kolimator – Perangkat yang digunakan untuk mengontrol dan membentuk balok partikel.
Perangkat ini harus beroperasi sangat dekat dengan balok partikel dan karenanya harus menghilangkan kepadatan daya yang signifikan. Bahan konduktor termal yang cocok dan ringan tidak ada di pasar komersial.
Tujuannya diatur untuk menemukan bahan yang memiliki: konduktivitas termal tinggi (dua kali lebih tinggi dari yang terbaik “standar” konduktor, mis. Tembaga), Konduktivitas listrik yang baik, kepadatan rendah, koefisien rendah ekspansi termal dan sifat mekanik yang baik.
Setelah penelitian dan pengembangan MOGR yang signifikan, tim di CERN berhasil membuat prototipe dan kemudian industrialisasi material, memungkinkan pada tahun 2020 pembangunan 15 kolimator yang dilengkapi dengan ~300 blok penyerap MOGR. Dua belas kolimator ini secara aktif digunakan selama Run 3 saat ini dari LHC, yang dimulai pada tahun 2022 dan akan berakhir pada tahun 2026.
Sifat termofisik yang sangat baik dari MOGR membuatnya sangat menarik untuk berbagai aplikasi industri dan teknologi jauh di luar tinggi-Fisika Energi dan Colliders.
Bidang potensial aplikasi untuk materi termasuk tinggi-Daya elektronik, kedirgantaraan, fusi dan bidangnuklir, di mana pengurangan ekspansi termal dan kepadatan rendah diperlukan bersama dengan konduktivitas termal yang tinggi dan ketahanan guncangan termal.
Namun, penggunaan MOGR yang luas di industri dan pusat penelitian sejauh ini telah terhalang oleh biaya produksinya yang tinggi dan ukuran terbatas dari blok yang dapat diproduksi.
Saat membandingkan konduktor termal yang baik, tembaga kemurnian tinggi memiliki biaya per satuan volume sekitar €0,15 per cm3, grafit isotropik, yang lebih ringan tetapi kurang konduktif, harganya sekitar 10 kali lebih banyak, dan MOGR, lebih ringan dan lebih konduktif, harganya sekitar 100 kali lebih banyak daripada tembaga.
Apa’Lebih lanjut, ukuran maksimum bagian CCM yang dimungkinkan untuk diproduksi telah dibatasi hingga 400 cm3. Akhirnya, proses produksi CCM seperti itu adalah konsumsi energi, membutuhkan tenaga mesin yang tinggi untuk mencapai suhu sintering yang diperlukan, yang di atas 2600 °C. Karena alasan ini, saat ini penerapan CCM hanya dapat dibatasi hingga sangat tinggi-aplikasi akhir, di mana biaya material sekunder sehubungan dengan kinerja.