Materiale conduttore termico di recente sviluppo è promettente per l'uso in futuri acceleratori e industria
La ricerca di una sostituzione scalabile per il rame come materiale conduttore termico in applicazioni ad alta gestione termica è stata un processo in corso per oltre un decennio. Il rame è ancora utile come conduttore termico – Esso’S economico, efficace, può essere prodotto in grandi quantità e può essere modellato per l'uso su componenti di grandi dimensioni. Ma in alcuni casi, come il CERN’s grande hadron collider (Lhc) e altre impostazioni industriali specifiche, ènecessario un materiale che possieda una bassa densità e possa gestirenon solo calore estremo, ma anche una pressione strutturale estrema.
Ecco perché il CERN ha, attraverso vari UE-progetti finanziati e con l'aiuto dei partner industriali Brevetti Bizz e Nanoker, ha lavorato per trovare una sostituzione adeguata. Il lavoro è incentrato sul carburo-Materiali in carbonio (CCMS), che combinano la tenacità dei carburi con la versatilità del carbonio, rendendoli ideali come conduttori termici in condizioni difficili.
Una soluzione, molibdeno-grafite (Mogr), ha già avuto successo in una certa misura. È stato inizialmente ideato per l'applicazione in CERN’S aggiornato ad alta luminosità LHC, che dovrebbe iniziare le operazioninel 2030, come parte dei collimatori – Dispositivi usati per controllare e modellare il raggio delle particelle.
Questi dispositivi devono funzionare molto vicini al raggio di particelle e quindi devono dissipare significative densità di potenza. Un materiale di conduzione termica adatto e leggero non esisteva sul mercato commerciale.
L'obiettivo era destinato a trovare un materiale che aveva: alta conducibilità termica (due volte superiore al meglio “standard” Conduttore, cioè rame), buona conduttività elettrica, bassa densità, basso coefficiente di espansione termica e buone proprietà meccaniche.
Dopo una significativa ricerca e sviluppo di MOGR, i team del CERN sono riusciti a prototipo e quindi industrializzano il materiale, consentendonel 2020 la costruzione di 15 collimatori equipaggiati ~300 blocchi di assorbimento MOGR. Dodici di questi collimatori vengono attivamente utilizzati durante l'attuale corsa 3 dell'LHC, iniziatanel 2022 e finirannonel 2026.
Le eccellenti proprietà termofisiche del MOGR lo rendono molto attraente per una serie di applicazioni industriali e tecnologiche ben oltre High-Fisica energetica e collide.
I potenziali campi di applicazione per il materiale includono alto-Elettronica di potenza, aerospaziale, fusione e campinucleari, dove sono richieste ridotte espansione termica e bassa densità insieme ad alta conducibilità termica e resistenza alle shock termici.
Tuttavia, l'ampio uso del MOGRnell'industria e dei centri di ricerca è stato finora ostacolato dai suoi elevati costi di produzione e dalle dimensioni limitate dei blocchi che possono essere prodotti.
Quando si confrontano buoni conduttori termici, il rame ad alta purezza ha un costo per unità di volume di attorno €0,15 per cm3, la grafite isotropica, che è più leggera ma meno conduttiva, costa circa 10 volte di più, e Mogr, più leggera e più conduttiva, costa circa 100 volte di più rispetto al rame.
Che cosa’s altro, la dimensione massima di una parte CCM che è stata possibile produrre è stata limitata a 400 cm3. Infine, il processo di produzione di tale CCM è che richiede energia, che richiede un'elevata potenza della macchina per raggiungere la temperatura di sinterizzazione richiesta, che è superiore a 2600 °C. Per questi motivi, attualmente l'applicazione di CCMS può essere limitata a molto alta-Applicazioni di fine, in cui il costo del materiale è secondario rispetto alle prestazioni.