Испытания новых теплопроводящего составов на основе
нано кристаллов синтетического алмаза

на страницах сайта

www.electrosad.ru

В конце 2011 года мне поступило предложение одной израильской компании, протестировать 3 образца теплопроводящего состава Nanodiamond Thermal Grease марок RT-5D и RT-10D, отличающихся содержанием алмазного нано порошка. Образцы в шприцах 10 мл, заполнены на 1/3, пронумерованы. Работа была выполнена в течении месяца и результаты тестирования см. ниже.

 

В имеющейся документации приведены следующие характеристики:

 

Характеристика Nanodiamond Thermal Grease
RT-5D RT-10D
Состав Силиконовое масло - 95 вес %
Чистые нано кристаллы алмаза - 5 вес %
Силиконовое масло - 90 вес %
Чистые нано кристаллы алмаза - 10 вес %
Тепловое сопротивление >6 W/mK > 6.5 W/mK
Удельное сопротивление 10 ¹¹ Ωcm 10¹¹Ωcm
Диэлектрическая постоянная < 2.8 < 2.8
Плотность 1.1 g/cm³ 1.1 g/cm³
Цвет Серый Серый
Расчетная цена - 1.2 $ за грамм

Таблица 1

 

Нанокристаллы синтетического алмаза имеют, как пишется в проспектах фирмы, размер порядка 5 нм (4-7 нм) внешний вид и форму


a

б

Рисунок 1

 

На рис. 1а показан внешний вид кристаллов, а на рис. 1б его структура.

 

Внешний вид образцов на рис. 2

 

Рисунок 2

 

В шприцах имеются воздушные пузыри, что затрудняет нанесение пасты, но отнесем этот недостаток к тестовой партии.

 

Внешний вид, консистенция.

Образец 1

Заявленный состав: алмазный нано порошок + силиконовое масло.
Цвет - темно серый.
При нанесении на подложку по периметру капли образовалась каемка маслянистой прозрачной жидкости. Предположение — избыточное силиконовое масло отделилось от пасты.
Вязкость нормальная, паста распределяется по поверхности хорошо, излишки выдавливаются из зазора.

 

Образец 2

Заявленный состав: алмазный нано порошок + силиконовое масло.
Цвет - темно серый.
При нанесении на подложку выделения масла не обнаружено.
Вязкость нормальная, паста распределяется по поверхности хорошо, излишки выдавливаются из зазора. Но на выходе из шприца паста засохла.
Распределяется по поверхности кулера равномерное, слой минимальной толщины

 

Образец 3

Заявленный состав: алмазный нано порошок + силиконовое масло.
Цвет - темно серый.
При нанесении на подложку по периметру капли образовалась каемка маслянистой прозрачной жидкости. Предположение — избыточное силиконовое масло отделилось от пасты.
Вязкость нормальная, паста распределяется по поверхности хорошо, излишки выдавливаются из зазора.
Распределяется по поверхности кулера равномерное, слой минимальной толщины

 

Паста из шприца выдавливается плохо, дозировать сложно.
Необходима упаковка в тюбик, или малый шприц полным объемом не более 5 мл.
Распределяется по поверхности кулера равномерное, слой минимальной толщины

 

Внешний вид образцов

Капля выдавленная на гладкую стеклянную поверхность выглядит так (через 15 минут после нанесения):

Рисунок 3
 
Вязкость образцов отличается незначительно.
Но образец под номером 1 отличается меньшей вязкостью, что выражается в быстрой потерей формы тонких "хвостов" и имеет склонность к выделению силиконового масла как отдельной фракции. Что плохо, потому что теплопроводность силиконового масла много ниже чем теплопроводность наполнителя.
Консистенция двух других образцов примерно одинакова.
 

Характеристики тестируемых теплопроводящих составов

Перечень теплопроводящих составов расширен до восьми для сравнения результатов тестирования и оценки их достоверности.

Добавлены:

  • два образца КПТ-8 разных производителей с низкой теплопроводностью и Titan Nano Grease TTG-G30015 с теплопроводностью приближающейся к заявленной для образцов предложенных на испытания,
  • подготовленные мной теплопроводящие составы на основе алмазного порошка (25мкм), обозначенные как Образец 4 и 5,
  • для контроля качества сопрягаемых поверхностей кулера и эквивалента «процессора», проведено тестирование незаполненного термоинтерфейсом зазора (воздух) кулер - «процессор», на рис.3 показан как «Воздух».

Тестировались:

Параметр Тип
КПТ-8 КПТ-8
С. Пб
Connector
Titan Nano Grease
TTG-G30015
Nanodiamond Thermal Grease RT-5,10 Образец 4 Образец 5
Образец 1 Образец 2 Образец 3
Теплопроводность заявленная Вт/м*°С 1 0,9

> 4,5

> 6 > 6 > 6 >5 >5
Диэлектр. Пост.   4 4 - < 2,8 < 2,8 < 2,8 < 2,8 < 2,8
Краткая характеристика состав ZnO, силикон. масло ZnO, силикон. масло Силикон 50%, Углерод -30%, Оксид - 20%. Нано кристаллы 5-10%, силикон. Масло 90-95% Нано кристаллы 5-10%, силикон. Масло 90-95% Нано кристаллы 5-10%, силикон. Масло 90-95% Крист алмаз,
25 мкм,
силикон. масло
Крист алмаз,
25 мкм оксиды,
силикон. масло

Таблица 2.

Здесь:

Образец 4

Цвет светло-серый, жидкий капля толщиной приблизительно 0,3 диаметра капли.
Распределяется по поверхности кулера равномерное, слой минимальной толщины.

Образец 5

Цвет светло-серый, средней вязкости — сохраняет форму.
Распределяется по поверхности кулера равномерное, слой минимальной толщины.

Для сравнения проведено испытание без применение термоинтерфейса.

Тестовый стенд:

Тепловой и габаритный эквивалент процессора - «процессор» с тепловыделением 65 Вт.
Испытания проводились при температуре воздуха равной 21°С.
Кулер — Thermaltake Volcano 9 рассчитанный на тепловыделение 60 — 70Вт

Измеряются:

  • мощность выделяемую в эквиваленте процессора,
  • градиент температур в контрольных точках,

На основании измерений

- вычисляется тепловое сопротивление всей цепи и термоинтерфейса, что дает возможность оценить достоверность проведенных исследований.

 

Результаты испытаний ...

... показаны на рисунке 4.

Рисунок 4

 

Обсуждение результатов

Воздух

Температура «процессора» без применения теплопроводящих составов составила - 58°С.
Это точка наибольшего теплового сопротивления всей цепи, которое имело величину чуть больше - 0,56°С/Вт,
при тепловом сопротивлении в зазоре кулер - «процессор»
- 0,35°С/Вт.
Объясняется множественными точечными контактами поверхностей пустоты заполнены воздухом.

Образец 4

Составлен на основе чистого алмазного шлифпорошка 25 мкм и масла силиконового показал наихудшие из представленных образов характеристики.
Для него температура «процессора» составила около
- 56°С,
при тепловом сопротивлении цепи
- 0,53°С/Вт,
при тепловом сопротивлении в зазоре кулер - «процессор»
- 0,33°С/Вт.

Образец 5

Образец 5 композиция на основе алмазного шлифпорошка 25 мкм + дополнительный компонент+ масло силиконовое.
Применение композиции позволило на 8°С (до 49°С) и тепловое сопротивление термоинтерфейса упало до 0,28°С/Вт

 

Из представленных Ray Techniques Ltd образцов наилучшую теплопроводность показал образец 1.

 

  Температура «процессора»
°С
Тепловое сопротивление термоинтерфейса
°С/Вт
Образец 1 48,7 0,21
Образец 2 53 0,3
Образец 3 51,5 0,26
КПТ-8 43 0,165

Таблица 3

 

Обращаю внимание на то, что характеристики представленных образцов много хуже ожидаемых, и что самое неожиданное, даже пасты КПТ-8.

Этому эффекту есть объяснение и поэтому проблема вполне решаемая, поскольку теплопроводность алмаза потенциально позволяет получить теплопроводность > 6 Вт/м*°С, что позволит снизить перепад температуры на термоинтерфейсе менее 1°С.

Но это требует проведения дополнительных работ.

Образцы КПТ-8 и Titan Nano Grease TTG-G30015 показали вполне ожидаемые результаты, что позволило подтвердить достоверность тестов.

 

Заключение

Представленные на испытания образцы под номерами 1, 2, 3 — не соответствуют характеристикам заявленным в документации и требуют доработки.

Их реальная теплопроводность хуже 0,9 Вт/м*°С.

Хотя теплопроводность алмаза (900—2300 Вт/м·К) и имеющиеся теплопроводящие составы на основе алмазного микропорошка (IC Diamond 7 Carat, 4,5 Вт/м*К) позволяют предсказать, НА ОСНОВЕ МИКРОПОРОШКОВ СИНТЕТИЧЕСКОГО АЛМАЗА можно создавать теплопроводящие составы с теплопроводностью более 10 Вт/м·К. Правда ля этого надо учитывать специфику применяемых микропорошков и физические процессы в теплопроводящих составах при прохождение через них тепловых потоков большой интенсивности. Но это требует проведения исследований и затрат времени и ресурсов.

Возможно позже, в других статьях я попытаюсь Вам рассказать о подходах к составлению теплопроводящих составов.

А.Сорокин,
2013 г.

Яндекс.Метрика

<<назад>> <<в начало>> <<на главную>>

Попасть прямо в разделы сайта можно здесь:

При полном или частичном использовании материалов ссылка на "www.electrosad.ru" обязательна.
Ваши замечания, предложения, вопросы можно отправить автору через
гостевую книгу или
почтой.

Copyright © Sorokin A.D.©

2002-2012