Недавно разработанный теплопроводящий материал обещает использование в будущих ускорителях и промышленности
Поиск масштабируемой замены меди в качестве теплового проводящего материала в приложениях высокого теплового управления является постоянным процессом в течение более десяти лет. Медь все еще полезна как тепловой проводник – это’S Дешевый, эффективный, может быть произведен в больших количествах и может быть формирована для использования на больших компонентах. Но в некоторых случаях, например, cern’S большой адрон коллайдер (LHC) и другие конкретные промышленные условия, существует необходимость в материале, который обладает низкой плотностью и может управлять не только экстремальным теплом, но и экстремальным структурным давлением.
Вот почему у Cern через различные ЕС-Финансируемые проекты и с помощью промышленных партнеров Brevetti Bizz и Nanoker работали над поиском подходящей замены. Работа была сосредоточена на карбиде-углеродные материалы (CCMS), которые сочетают в себе жесткость карбидов с универсальностью углерода, что делает их идеальными в качестве термических проводников в жестких условиях.
Одно раствор, молибденам-графит (Могр), уже добился успеха в некоторой степени. Первоначально он был разработан для применения в CERN’S модернизированная LHC с высокой светимостью, которая должна начать работу в 2030 году, как часть коллиматоров – Устройства, используемые для управления и формирования луча частиц.
Эти устройства должны работать очень близко к пучке частиц и, следовательно, должны рассеять значительную плотность мощности. Подходящий и легкий теплопроводительный материал не было на коммерческом рынке.
Цель была настроена на поиск материала, который имел: высокая теплопроводность (в два раза выше лучшего “стандартный” проводник, то есть медь), хорошая электрическая проводимость, низкая плотность, низкий коэффициент термического расширения и хорошие механические свойства.
После значительных исследований и разработки MOGR команды в CERN сумели прототипировать, а затем промышленные материалы, что позволило в 2020 году строительство 15 коллиматоров, оснащенных с ~300 блоков поглотителя Mogr. Двенадцать из этих коллиматоров активно используются во время текущего прогона 3 LHC, который начался в 2022 году и закончится в 2026 году.
Превосходные термофизические свойства Mogr делают его очень привлекательным для ряда промышленных и технологических применений далеко за пределы высокого уровня-Энергетическая физика и коллайдеры.
Потенциальные поля применения для материала включают высокий-Силовая электроника, аэрокосмическая, слияние и ядерные поля, где требуется снижение термического расширения и низкой плотности наряду с высокой теплопроводности и сопротивлением тепловым ударом.
Тем не менее, широкому использованию MOGR в промышленных и исследовательских центрах до сих пор было затруднено его высокие затраты на производство и ограниченный размер блоков, которые могут быть произведены.
При сравнении хороших тепловых проводников, высокая чистота медь имеет стоимость за единицу объема вокруг €0,15 за см3Изотропный графит, который легче, но менее проводящий, стоит примерно в 10 раз больше, а могр, легче и более проводящий, стоит примерно в 100 раз больше, чем медь.
Что’S, больше, максимальный размер детали CCM, которую она была возможна, был ограничен 400 см.3Полем Наконец, производственный процесс такой СКК потребляет энергию, требующая высокой мощности машины для достижения необходимой температуры спекания, которая выше 2600 °C. По этим причинам в настоящее время применение CCM может быть ограничено только очень высоким-Конечные приложения, где стоимость материала является вторичной в отношении производительности.