Ученые НИТУ «МИСиС» нашли способ до 10 раз снизить стоимость производства теплоотводящих материалов для промышленности и электроники. В свою очередь, и готовые изделия будут стоить дешевле. В качестве компонентов предложено использовать каучуки и карбид кремния — их замешивают, спрессовывают и спекают. Статья о разработке опубликована в журнале Polymers.
Отвод тепла от работающих и нагревающихся установок — постоянная необходимость; перегрев неизбежно ведет к сокращению срока службы дорогостоящего оборудования. Один из наиболее популярных теплоотводящих материалов — графит. Он прекрасно выдерживает высокие температуры, при этом структура материала никак не деформируется от их воздействия. Но это дорогой в производстве материал, так как его получение требует довольно «чистых» условий и исключительно качественного сырья.
Команда ученых Центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС» нашла способ существенно удешевить производство теплоотводов — вместо графита было предложено использовать полимерные материалы — каучуки с включениями карбида кремния. При этом включений может быть даже больше, чем основного материала — до 4,5 единиц массы на 1 единицу массы каучука, в зависимости от желаемой прочности, пластичности и термостойкости материала.
Производственный процесс довольно прост: каучуковая масса прокладывается между двумя барабанами, вращающимися навстречу друг другу с разными скоростями; туда же добавляется порошкообразный карбид кремния. Барабаны перемешивают материалы и вытягивают полотно с равномерной массой. После замешивания массу помещают в особую пресс-форму, где она уплотняется под давлением. Наконец, спрессованную заготовку спекают при температуре 360 °C.
«У такого производства очень низкий уровень отходности — на этапе смешивания каучука и карбидокремниевых включений, масса однородна, как пластилин или глина. Ее остатки можно тут же использовать повторно. Кроме того, и каучук, и карбид кремния — недорогие, в отличие от графита, материалы. Получившийся после спекания материал выдерживает температуры до 300 °C, хорошо отводит тепло, при этом почти не проводит ток. То есть, его можно использовать как в промышленности, так и в электронике», — поясняет Андрей Степашкин, к.т.н., научный сотрудник Центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС».
Однако, как отмечают ученые, их главное достижение даже не в создании данного конкретного материала, а в проработке механических свойств (прочность, трещинностойкость, пластичность и т.д.), которые можно создавать вышеописанными методами. Так, если карбид кремния заменить на углеволокно или, например, нитрид бора, то такие композиты найдут применение уже в других областях техники, например, в качестве проводящих компонентов электроники.
