El material de conducción térmica recientemente desarrollada es prometedora para su uso en futuros aceleradores e industria
La búsqueda de un reemplazo escalable para el cobre como material conductor térmico en aplicaciones de gestión térmica alta ha sido un proceso continuo durante más de una década. El cobre sigue siendo útil como conductor térmico – él’S barato, efectivo, se puede producir en grandes cantidades y se puede formar para su uso en componentes grandes. Pero en ciertos casos, como el CERN’s gran colider de hadrones (LHC) y otras configuraciones industriales específicas, existe lanecesidad de un material que posee baja densidad y pueda manejarno solo el calor extremo, sino también la presión estructural extrema.
Por eso el CERN tiene, a través de varias UE-Proyectos financiados y con la ayuda de los socios industriales Brevetti Bizz y Nanoker, han estado trabajando en encontrar un reemplazo adecuado. El trabajo se ha centrado en el carburo-materiales de carbono (CCMS), que combinan la dureza de los carburos con la versatilidad del carbono, lo que los hace ideales como conductores térmicos en condiciones difíciles.
Una solución, molibdeno-grafito (Mogr), ya ha tenido éxito hasta cierto punto. Inicialmente fue ideado para la aplicación en el CERN’S actualizado LHC de alta luminosidad, que está programada para comenzar las operaciones en 2030, como parte de los colimadores – Dispositivos utilizados para controlar y dar forma al haz de partículas.
Estos dispositivos deben funcionar muy cerca del haz de partículas y, por lo tanto, tienen que disipar densidades de potencia significativas. Un material conductor térmico adecuado y ligero no existía en el mercado comercial.
El objetivo se estableció para encontrar un material que tuviera: alta conductividad térmica (dos veces más alto que el mejor “estándar” conductor, es decir, cobre), buena conductividad eléctrica, baja densidad, bajo coeficiente de expansión térmica y buenas propiedades mecánicas.
Después de una importante investigación y desarrollo de MOGR, los equipos de CERN lograron prototipos y luego industrializar el material, lo que permite en 2020 la construcción de 15 colimadores equipados con ~300 bloques de absorbentes de MOG. Doce de estos colimadores se están utilizando activamente durante la ejecución actual 3 del LHC, que comenzó en 2022 y terminará en 2026.
Las excelentes propiedades termofísicas del MOGR lo hacen muy atractivo para una variedad de aplicaciones industriales y tecnológicas mucho más allá de lo alto-Física energética y colidentes.
Los campos potenciales de aplicación para el material incluyen alto-La electrónica de potencia, los campos aeroespaciales, de fusión ynuclear, donde se requieren una expansión térmica reducida y baja densidad junto con una alta conductividad térmica y resistencia al choque térmico.
Sin embargo, el uso extenso de MoGR en la industria y los centros de investigación hasta ahora se ha visto obstaculizado por su alto costo de producción y el tamaño limitado de los bloques que se pueden producir.
Al comparar buenos conductores térmicos, el cobre de alta pureza tiene un costo por unidad de volumen de alrededor €0.15 por cm3, El grafito isotrópico, que es más ligero pero menos conductivo, cuesta aproximadamente 10 veces más, y Mogr, más ligero y más conductor, cuesta alrededor de 100 veces más que el cobre.
Qué’S Más, el tamaño máximo de una parte de CCM que ha sido posible producir se ha limitado a 400 cm3. Finalmente, el proceso de producción de dicha CCM es consumidor de energía, que requiere una alta potencia de la máquina para alcanzar la temperatura de sinterización requerida, que es superior a 2600 °C. Por estas razones, actualmente la aplicación de CCMS solo puede limitarse a muy alta-Aplicaciones finales, donde el costo del material es secundario con respecto al rendimiento.