Nowo opracowany materiał termiczny obiecuje stosowanie w przyszłych akceleratorach i przemysłu
Poszukiwanie skalowalnego zamiennika miedzi jako materiału przewodzącego termicznego w wysokich zastosowaniach zarządzania termicznego jest trwającym procesem od ponad dekady. Miedź jestnadal przydatna jako przewodnik cieplny – To’s tani, skuteczny, może być wytwarzany w dużych ilościach i może być kształtowany do stosowaniana dużych komponentach. Ale wniektórych przypadkach, takich jak CERN’S DUŻY COLLER HADRON (LHC) I inne konkretne ustawienia przemysłowe, istnieje potrzeba materiału oniskiej gęstości i może zarządzaćnie tylko ekstremalnym ciepłem, ale także ekstremalnym ciśnieniem strukturalnym.
Dlatego Cern ma przez różne UE-Finansowane projekty i przy pomocy partnerów przemysłowych Brevetti Bizz i Nanoker pracowalinad znalezieniem odpowiedniego zamiennika. Prace koncentrowały sięna węgliku-Materiały węglowe (CCMS), które łączą wytrzymałość węglików z wszechstronnością węgla, co czyni je idealnymi jako przewodami cieplnymi w trudnych warunkach.
Jedno rozwiązanie, molibden-grafit (Mogr), już do pewnego stopnia odniósł sukces. Początkowo został opracowany do zastosowania w CERN’Uaktualizowany LHC o wysokiej jasności, który ma rozpocząć działalność w 2030 r., W ramach kolimatorów – Urządzenia używane do kontrolowania i kształtowania wiązki cząstek.
Urządzenia te muszą działać bardzo blisko wiązki cząstek i dlatego muszą rozproszyć znaczące gęstości mocy. Odpowiedni i lekki materiał termiczny nie istniałna rynku komercyjnym.
Celem było znalezienie materiału, który miał: wysoką przewodność cieplną (Dwa razy wyższeniżnajlepsze “standard” przewodnik, tj. Miedź), Dobra przewodność elektryczna,niska gęstość,niski współczynnik rozszerzalności cieplnej i dobre właściwości mechaniczne.
Po znaczących badaniach i rozwoju Mogr, zespoły w CERN udało się prototypować, anastępnie industrialise materiał, umożliwiając w 2020 r. Budowanie 15 kolimatorów wyposażonych w wyposażone w ~300 bloków absorbera Mogr. Dwanaście z tych kolimatorów jest aktywnie używane podczas obecnego przebiegu 3 LHC, który rozpoczął się w 2022 r. I zakończy się w 2026 r.
Doskonałe właściwości termofizyczne Mogr sprawiają, że jest to bardzo atrakcyjne dla szeregu zastosowań przemysłowych i technologicznych znacznie wykraczających poza wysokie-Fizyka energetyczna i kolidery.
Potencjalne pola zastosowania materiału obejmują wysokie-Elektronika energetyczna, pola lotnicze, fuzja i jądrowe, w których wymagana jest zmniejszona rozszerzalność cieplna iniska gęstość, wraz z wysoką przewodnością cieplną i odpornościąna wstrząs cieplną.
Jednak szeroko zakrojone wykorzystanie Mogr w centrach przemysłu i badań było dotychczas utrudnione przez jego wysokie koszty produkcji i ograniczoną wielkość bloków, które można wyprodukować.
Porównując dobre przewody termiczne, miedź o wysokiej czystości ma koszt jednostki objętości wokół €0,15na cm3, izotropowy grafit, który jest lżejszy, ale mniej przewodzący, kosztuje około 10 razy więcej, a Mogr, lżejszy i bardziej przewodzący, kosztuje około 100 razy więcejniż miedź.
Co’S więcej, maksymalny rozmiar części CCM, którą można było wyprodukować, był ograniczony do 400 cm3. Wreszcie, proces produkcji takiego CCM jest energooszczędny, wymagając wysokiej mocy maszynowej, aby osiągnąć wymaganą temperaturę spiekania, która wynosi powyżej 2600 °C. Z tych powodów obecnie zastosowanie CCM może być ograniczone tylko do bardzo wysokiego-Zastosowania końcowe, w których koszt materiału jest wtórny w odniesieniu do wydajności.