Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Tepelně vodivý pěnový grafit
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

Tepelně vodivý pěnový grafit

Nový pěnový grafit PocoFoam, vyvinutý v amerických jaderných laboratořích Oak Ridge National Laboratories, zaznamenal nečekaný úspěch jako ideální tepelně vodivý materiál.

Licenci na jeho výrobu získala začátkem roku 2001 texaská firma Poco Graphite, Inc., Decatur, známá jako výrobce grafitových elektrod pro EDM obrábění, grafitových výrobků pro sklářský průmysl, výrobou polovodičů a přístrojové techniky.
Lehký pěnový grafit PocoFoam, vyráběný novým patentovaným procesem z uhlíkových mezifázových smol, se vyznačuje vysoce uspořádanou strukturou grafitických vláken ve stěnách pórů lehkých pěn, která je klíčem k jeho vysoké tepelné vodivosti a působí jako tepelný vodič. Prokázal 3krát až 9krát vyšší tepelnou vodivost než standardní uhlíkové pěny, uhlík-uhlíkové kompozity a grafitová vlákna a desetinásobnou vodivost oproti kovovým pěnám, jako je pěnový hliník.

Neuvěřitelně vysoká tepelná vodivost

Při asi 20% měrné hmotnosti (200 - 600 kg.m-3) oproti hliníku a asi 6% vůči mědi má lehký pěnový grafit PocoFoam stejnou nebo vyšší tepelnou vodivost než oba tyto materiály. Nejlépe ji charakterizuje údaj tzv. měrné tepelné vodivosti vztažené na měrnou hmotnost; u grafitu PocoFoam je 0,334 W.m2.kg-1K-1 a u pěnového hliníku 0,024 W.m2.kg-1K-1. Čím je tato hodnota vyšší, tím je konstrukce z hlediska hmotnosti a přeneseného tepla výhodnější. Teplosměnný povrch je dán vysokou hodnotou měrného povrchu struktury s otevřenými póry a představuje i více než 4 m2.g-1. Na rozdíl od vláknových kompozitů vede teplo všemi směry. Pěnový grafit vykazuje i nízké hodnoty tlakových ztrát při průchodu proudícího vzduchu.
Úspora hmotnosti je jeho významnou konstrukční předností při stavbě techniky pro tepelný transfer. Netrpí korozí a infiltrací uhlíku procesem CVI (Chemical Vapor Infiltration) se připravují provedení o vysoké tuhosti a pevnosti, s různou hodnotou modulu pružnosti. Napařením kovů lze upravit povrch pro spojování pájením. Čištěním je možno dosáhnout i extrémně nízkého obsahu nečistot, max. 9 ppm. Charakteristické vlastnosti pěnového grafitu PocoFoam uvádí tab. 1.
Zájem překračuje možnosti
V pilotní fázi se lehký pěnový grafit PocoFoam vyrábí v malých blocích velikosti 254 x 254 x 38 mm. Výroba se má postupně dostat až na rozměry bloků velikosti až 1 m3, různé měrné hmotnosti a charakteristik tepelné vodivosti. Výrobky podle požadavku zákazníků se zpracovávají obráběním; pracuje se na vývoji tvarových výrobků. Obráběním se vyrábí desky o tloušťce stěny 2,5 mm; s postupným vývojem tuhých typů budou možné i stěny tloušťky 0,125 mm. Vývoj zahrnuje i technologii spojování lepením, měkkým a tvrdým pájením. I přes vysokou cenu a omezené možnosti dodávek zájem o ověření novinky stále stoupá.
Revoluční konstrukce automobilových chladičů?
Podle zatím ověřovaných prvních aplikací naznačuje výrobce možnosti nových revolučních konstrukcí tepelných jímek, chladičů, zářičů a výměníků. Pro nasazení postačují jednoduché geometrické tvary; povaha a teplosměnné vlastnosti materiálu a jeho vysoký měrný povrch činí úvahy o žebrování zbytečnými. Užitím pěnového grafitu PocoFoam se nabízí možnost zmenšení stávajících výměníků tepla a chladičů až na desetinu objemu, včetně nových konstrukcí automobilových chladičů, změn jejich umístění, snížení hmotnosti a změn designu automobilů příští generace.
Prototypy nových automobilových chladičů s pěnovým grafitem PocoFoam byly již vystaveny v listopadu 2000 na výstavě 2000 Motorsports Engineering Conference and Exhibition v americkém Dearbornu. První zkoušky ukázaly zvýšení přenosu tepla o 20 - 30 % ve srovnání s hliníkovými chladiči podobného designu. Chladič firmy Performance Research z Denveru v Severní Karolíně o geometrické ploše 7561 cm2 a objemu asi 6,5 l byl zkoušen pro chlazení závodního motoru o výkonu 596 kW. Naměřený chladicí výkon se pohyboval okolo 1000 W.m-2K-1 podle rychlosti proudění a vlhkosti chladicího vzduchu.
Řešení pro chlazení elektroniky
Obrovský inovační potenciál má nasazení grafitových pěn na tepelné jímky a chlazení elektronických komponent a systémů, usměrňovačů a počítačů s vypuštěním chlazení vzduchem ventilátory a se snížením hlučnosti počítačů a hmotnosti systémů. Za nejslibnější aplikace se v nejbližší době považuje nasazení pro chlazení přenosných počítačů, chladičů závodních vozů a u výměníků tepla pro kosmické družice.

Další články

Technologie zpracování pryže/ plastů
Výzkum/ vývoj

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: