Нещодавно розроблений тепловий матеріал має обіцянку для використання в майбутніх прискорювачі та промисловості
Пошук масштабованої заміни міді як термічного провідного матеріалу у високих додатках для термічного управління вже більше десятиліття. Мідь все ще корисна як тепловий провідник – це’S дешеві, ефективні, можуть вироблятися у великих кількостях і можуть формуватися для використання на великих компонентах. Але в певних випадках, таких як CERN’s великий адрон колайдер (LHC) та інші конкретні промислові умови, існує потреба в матеріалі, який володіє низькою щільністю і може керувати не лише екстремальним теплом, але й надзвичайним структурним тиском.
Ось чому Cern, через різні ЄС-Фінансовані проекти та за допомогою промислових партнерів Brevetti Bizz та Nanoker працювали над пошуком відповідної заміни. Робота зосереджена на карбіді-вуглецеві матеріали (CCMS), які поєднують міцність карбідів з універсальністю вуглецю, що робить їх ідеальними як теплопровідники в жорстких умовах.
Один розчин, молібден-графіт (Мог), вже певною мірою досяг успіху. Спочатку він був розроблений для застосування в CERN’S модернізував високу освітленість LHC, яка планується розпочати операції в 2030 році, як частина коліматорів – Пристрої, що використовуються для управління та формування променя частинок.
Ці пристрої повинні працювати дуже близько до променя частинок і тому повинні розсіювати значну щільність потужності. Підходящий і легкий тепловий провідний матеріал не існувало на комерційному ринку.
Мета була встановлена, щоб знайти матеріал, який мав: висока теплопровідність (в два рази вище, ніж найкраще “стандартний” провідник, тобто мідь), хороша електропровідність, низька щільність, низький коефіцієнт теплового розширення та хороші механічні властивості.
Після значних досліджень та розробок MOGR, командам CERN вдалося прототип, а потім промисловити матеріал, що дозволяє в 2020 році будівництво 15 коліматорів, оснащених ~300 MOGR поглинаючих блоків. Дванадцять цих коліматорів активно використовуються під час поточного пробігу 3 LHC, який розпочався в 2022 році і закінчиться в 2026 році.
Відмінні термофізичні властивості MOG-Енергетична фізика та коліси.
Потенційні поля застосування для матеріалу включають високу-Електроніка, аерокосмічна, злиття та ядерні поля, де необхідні зменшені теплові розширення та низьку щільність разом із високою теплопровідністю та стійкістю до теплового удару.
Однак широке використання MOGR в галузях та дослідницьких центрах поки що перешкоджає високій виробничій вартості та обмеженим розміром блоків, які можна виробляти.
Порівнюючи хороші теплопровідники, мідь з високою чистотою має вартість за одиницю обсягу навколо €0,15 на см3, ізотропний графіт, який легший, але менш провідний, коштує приблизно в 10 разів більше, а MOGR, легший все -таки провідні, коштує приблизно в 100 разів більше, ніж мідь.
Що’Більше того, максимальний розмір частини СКМ, яку можна було виробити, обмежувався 400 см3. Нарешті, виробничий процес такого СКМ споживає енергію, що вимагає високої потужності машини для досягнення необхідної температури спікання, що вище 2600 °C. З цих причин наразі застосування CCM може бути обмежено лише дуже високим-Кінцеві програми, де матеріальна вартість є вторинною щодо продуктивності.