Materialul de conducere termicănou dezvoltat are promisiuni pentru utilizare în viitoarele acceleratoare și industrie
Căutarea unui înlocuitor scalabil pentru cupru ca material de conducere termică în aplicații de gestionare termică ridicată a fost un proces continuu de peste un deceniu. Cuprul este încă util ca conductor termic – ea’S ieftin, eficient, poate fi produs în cantități mari și poate fi modelat pentru a fi utilizat pe componente mari. Dar în anumite cazuri, cum ar fi Cern’S mare colizor de hadron (LHC) Și alte setări industriale specifice, estenevoie de un material care posedă densitate mică și poate gestionanunumai căldura extremă, ci și presiunea structurală extremă.
De aceea, Cern are, prin diferite UE-Proiecte finanțate și cu ajutorul partenerilor industriali Brevetti Bizz și Nanoker, au lucrat la găsirea unui înlocuitor adecvat. Lucrările s -au concentrat pe carbură-Materiale de carbon (CCMS), care combină duritatea carburilor cu versatilitatea carbonului, ceea ce le face ideale ca conductori termici în condiții dificile.
O soluție, molibden-grafit (Mogr), a avut deja succes într -o oarecare măsură. Inițial a fost conceput pentru aplicare în CERN’S modernizate LHC de înaltă luminozitate, care este programat să înceapă operațiunile în 2030, ca parte a colimatorilor – Dispozitive utilizate pentru a controla și a modela fasciculul de particule.
Aceste dispozitive trebuie să funcționeze foarte aproape de fasciculul de particule și, prin urmare, trebuie să disipeze densități semnificative de putere. Un material de conducere termic adecvat și ușor nu exista pe piața comercială.
Scopul a fost stabilit să găsească un material care a avut: o conductivitate termică ridicată (de două ori mai mare decât cel mai bun “standard” Conductor, adică cupru), o bună conductivitate electrică, densitate mică, coeficient scăzut de expansiune termică și proprietăți mecanice bune.
După o cercetare și dezvoltare semnificativă a MOGR, echipele de la CERN au reușit să prototip și apoi industrializarea materialului, permițând în 2020 construcția a 15 colimatoare echipate cu ~300 blocuri de absorbție Mogr. Doisprezece dintre aceste colimatoare sunt utilizate în mod activ în timpul curentului 3 al LHC, care a început în 2022 și se va încheia în 2026.
Proprietățile termofizice excelente ale MOGR o fac foarte atrăgătoare pentru o serie de aplicații industriale și tehnologice cu mult peste mare-Fizica energetică și Collari.
Câmpurile potențiale de aplicare pentru material includ ridicat-Electronică de putere, aerospațială, fuziune și câmpurinucleare, unde suntnecesare expansiune termică redusă și densitate mică, împreună cu conductivitate termică ridicată și rezistență la șoc termic.
Cu toate acestea, utilizarea pe scară largă a MOGR în centrele de cercetare și de cercetare a fost împiedicată până acum de costul ridicat de producție și de dimensiunea limitată a blocurilor care pot fi produse.
Când comparați conductori termici buni, cupru de înaltă puritate are un cost pe unitate de volum de aproximativ €0,15 pe cm3, grafitul izotrop, care este mai ușor, dar mai puțin conductiv, costă de aproximativ 10 ori mai mult, iar MOGR, mai ușor și mai conductiv, costă de aproximativ 100 de ori mai mult decât cuprul.
Ce’S Mai mult, dimensiunea maximă a unei părți CCM pe care a fost posibil să le producă a fost limitată la 400 cm3. În cele din urmă, procesul de producție al unui astfel de CCM consumă energie,necesitând o putere ridicată a mașinii pentru a atinge temperatura de sinterizarenecesară, care este peste 2600 °C. Din aceste motive, în prezent, aplicarea CCM poate fi limitată doar la foarte mare-Aplicații finale, unde costul material este secundar în ceea ce privește performanța.