"Жидкий металл" как термоинтерфейс

Часть 2.

на страницах сайта 

www.electrosad.ru

"Жидкий металл" интересный и перспективный материал для термоинтерфейсов. Но часто его применение не дает желаемого эффекта при практическом применении. И даже при тестировании в лабораторных условиях специалистами.
В чем дело?
Здесь попробуем разобраться, что такое жидкий металл от Coollaboratory и как его применять.

 
 

Сначала о жидких металлах

Говоря о жидких металлах мы имеем в виду что это металлы находящиеся в жидком состоянии при привычных нам температурах (18 - 25°С). Если не считать ртуть, то обычно жидкие металлы это сплавы.

Таких сплавов много.

Ниже приведены характеристики легкоплавких сплавов, температура плавления которых ниже 70°С. Это часть таблицы приведенной в Википедии.

 

Цитата из Википедии.

Легкоплавкие сплавы — это, как правило, эвтектические металлические сплавы, имеющие низкую температуру плавления, не превышающую температуру плавления олова. Для получения легкоплавких сплавов используются:
свинец, висмут, олово, кадмий, таллий, ртуть, индий, галлий
и иногда цинк.

Сплавы содержащие ртуть имеют другое название - амальгама.

За нижний предел температуры плавления всех известных легкоплавких сплавов принимается температура плавления амальгамы таллия (−61 °C), за верхний предел взята температура плавления чистого олова.

Сплавы щелочных металлов также способны к образованию легкоплавких эвтектик и могут быть отнесены к группе легкоплавких сплавов. Так сплавы системы натрий-калий-цезий имеют рекордно низкую температуру плавления: Советский сплав плавится при −78 °C. Однако, применение этих сплавов затруднено из-за их высокой химической активности.

 

Не будем рассматривать сплавы имеющие температуру плавления выше 70°С, а выше 40°С рассмотри только для знакомства с их свойствами.

 

Легкоплавкие сплавы применяемые в современной мировой промышленности:
Состав сплава Tпл
°C
Плот-
ность
г/см³
Область
приме-
нения
Примечание Другие
сведения
натрий 70 %, ртуть 30 % 70   Т Хим.акт, Токсичен.  
висмут 48,8 %, свинец 24,3 %, олово 13,8 %, кадмий 13,1 % 68,5   Т, П, М Токсичен.  
висмут 52,2 %, свинец 26 %, олово 14,8 %, кадмий 7 % 68,5   Т, П, М Токсичен.  
висмут 50,1 %, свинец 22,6 %, олово 13,3 %, кадмий 10 % 68   Т, П, М Токсичен. Сплав Липовица
висмут 50 %, свинец 25 %, олово 12,5 %, кадмий 12,5 % 68   Т, П, М Токсичен. Сплав Вуда
висмут 50,4 %, свинец 25,1 %, олово 14,3 %, кадмий 10,2 % 67,5   Т, П, М Токсичен. Сплав Вуда
висмут 50,1 %, свинец 24,9 %, олово 14,2 %, кадмий 10,8 % 65,5   Т, П, М Токсичен. Сплав Вуда
натрий 99 %, таллий 1 % 64   Т Хим.акт Эвтектический сплав
висмут 50,0 %, олово 12,5 %, свинец 25 %, кадмий 12,5 % 60,5   Т, П, М, Ж Токсичен.  
висмут 53,5 %, олово 19 %, свинец 17 %, ртуть 10,5 % 60   Т токсичен  
натрий 60 %, ртуть 40 % 60   Т Хим.акт. Токсичен.  
натрий 80 %, калий 20 % 58   Т Хим.акт.  
висмут 49,4 %, индий 21 %, свинец 18 %, олово 11,6 % 57   Т, П, М, Ж   Эвтектический сплав
ртуть 70 %, натрий 30 % 55   Т токсичен, реаг.с водой.  
висмут 42 %, свинец 32 %, ртуть 20 %, кадмий 6 % 50   Т токсичен  
висмут 36 %, ртуть 30 %, свинец 28 %, кадмий 6 % 48   Т токсичен  
висмут 47,7 %, индий 19,1 %, олово 8,3 %, кадмий 5,3 %, свинец 22,6 % 47   Т, П, М, Ж Токсичен. Эвтектический сплав
натрий 50 %, ртуть 50 % 45   Т Хим.акт.  
висмут 40,2 %, кадмий 8,1 %, индий 17,8 %, свинец 22,2 %, олово 10,7 %, таллий 1 % 41,5   Т, П, М, Ж Токсичен.  
натрий 70 %, калий 30 % 41   Т Хим.акт.  
натрий 60 %, калий 40 % 26   Т Хим.акт.  
галлий 95 %, цинк 5 % 25 5,95 Т    
натрий 85,2 %, ртуть 14,8 % 21,4   Т Хим.акт.  
галлий 92 %, олово 8 % 20   Т    
натрий 56 %, калий 44 % 19   Т Хим.акт.  
калий 90 %, натрий 10 % 17,5   Т Хим.акт.  
галлий 82 %, олово 12 %, цинк 6 % 17 6,13 Т    
галлий 76 %, индий 24 % 16 6,235 Т    
галлий 67 %, индий 29 %, цинк 4 % 13 6,355 Т    
калий 50 %, натрий 50 % 11   Т Хим.акт.  
Галлий 67 %, индий 20,5 %, олово 12,5 % 10,6   Т    
калий 60 %, натрий 40 % 5   Т Хим.акт.  
галлий 62 %, индий 25 %, олово 13 % 4,85 6,44 Т    
галлий 61 %, индий 25 %, олово 13 %, цинк 1 % 3 6,4 Т   Русский сплав

Таблица 1.

Обозначения:

  • Т — теплоноситель
  • П — припой
  • М — модельный литейный сплав
  • Ж — для датчиков пожарной сигнализации

 

Если из таблицы выбрать только химически не активные и не токсичные сплавы с температурой плавления более 41°С, то остаются:

N пп Состав сплава Tпл
°C
Плот-
ность
г/см³
Другие
сведения
1 висмут 49,4 %, индий 21 %, свинец 18 %, олово 11,6 % 57   Эвтектический сплав
2 галлий 95 %, цинк 5 % 25 5,95 т.п.*29,2 Вт/(м·К)
3 галлий 92 %, олово 8 % 20   т.п.*29,4 Вт/(м·К)
4 галлий 82 %, олово 12 %, цинк 6 % 17 6,13 т.п.*31,7 Вт/(м·К)
5 галлий 76 %, индий 24 % 16 6,235 т.п.*33,4 Вт/(м·К)
6 галлий 67 %, индий 29 %, цинк 4 % 13 6,355 т.п.*36,1 Вт/(м·К)
7 галлий 67 %, индий 20,5 %, олово 12,5 % 10,6   т.п.*35,4 Вт/(м·К)
8 галлий 62 %, индий 25 %, олово 13 % 4,85 6,44 т.п.*37 Вт/(м·К)
9 галлий 61 %, индий 25 %, олово 13 %, цинк 1 % 3 6,4 Русский сплав

Таблица 2.

* Расчет, в соответствии с принципом аддитивности.

Это совсем немного, но это действительно жидкий металл.

 

Внимание!

Галлий - металл, подобно алюминию образует на поверхности окисную пленку, защищающую его от дальнейшего окисления.

Галлий реагирует с горячей водой, с перегретым паром, с минеральными кислотами, галогенами, щелочами и карбонатами калия и натрия (это ограничивает его применение).

Галлий при контакте с кожей оставляет на ней серый след, для человека опасен в больших концентрациях. Ингаляционное воздействие галлий - содержащего аэрозоля в концентрации 50 мг/м³ вызывает поражение почек, равно как и внутривенное введение 10-25 мг/кг солей галлия. Клиническая картина острого отравления: кратковременное возбуждение, затем заторможенность, нарушение координации движений, адинамия, арефлексия, замедление дыхания, нарушение его ритма. На этом фоне наблюдается паралич нижних конечностей, далее — кома, смерть. Опасен галлий и его соли.

Не путать с Таллием, который является высоко токсичным веществом!

 

Опасности и каких то особых правил при  использования Индия не отмечено.

Галлий - индиевые сплавы не токсичны, но при работе с ним следует соблюдать осторожность. Работать в хлопчатобумажных или резиновых перчатках.

Этого требует и работа с обезжиренными и очищенными поверхностями, которыми являются подошва кулера и крышка процессора.

 

Теперь о "жидком металле"

 

Несколько слов в качестве вступления.

Разных рецептур "Жидких металлов" может быть много больше чем приведенных в таб.2.

Изменение содержания компонентов на несколько процентов не меняет существенно физические свойства сплава. Но введение нового компонента   может существенно изменить его химическую активность и токсические свойства.

Поэтому состав "Жидкого металла"  (можно даже без указания долевых соотношений) не является предметом коммерческой тайны производителя, но позволит принять меры безопасности при его применении. Т.е. компоненты входящие в сплав должны быть указаны на упаковке. В случае их отсутствие Вы можете получить химическое отравление!

 

Жидкий металл - Coollaboratory Liquid Pro и другие

На сайте http://www.coollaboratory.com пишут:

Coollaboratory Liquid Pro является первой тепло проводящей средой с высокой теплопроводностью, достойной своего имени. Это - первый теплопроводящий состав, который состоит из 100%-ого жидкого металлического сплава. Это - жидкость при комнатной температуре (как ртуть), но она абсолютно нетоксична и имеет высокую способность к смачиванию многих материалов.

Coollaboratory Liquid Pro, особенно рекомендуют для никелированной меди.

Coollaboratory Liquid Pro не содержит неметаллических добавок (как силикон, окиси и т.д.). Он также не содержит твердых частиц. Из-за этих свойств, Coollaboratory Liquid Pro многократно превосходит лучшие высокоэффективные теплопроводящие пасты.

Ни слова о теплопроводности, компонентах и других характеристиках Coollaboratory Liquid Pro.

 

Coollaboratory Liquid Ultra

После подавляющего успеха Liquid Pro был создан новый состав Coollaboratory Liquid Ultra. Liquid Ultra также содержит 100% металла, но имеет выдающиеся характеристики и простоту и удобство использования. Из-за структуры подобной пасте ее применение теперь облегчено. Coollaboratory Liquid Ultra была оптимизирована для наивысших характеристик и оптимального удобства и простоты использования. Тепловой состав состоит к 100 % металла, но может быть легко нанесен кисточкой. Процессор (теплораспределительная крышка) должен быть очищен полностью, перед применением Liquid Ultra, чтобы устранить грязь, старый теплопроводящий состав или жир.

В зависимости от размера теплопроводящей поверхности соответствующее количество Liquid Ultra должны быть нанесены на ее центр. Liquid Ultra должна наноситься медленно и без давления на Heatspreader. Чем при меньших усилиях растекается Liquid Ultra, тем лучше он работает. У Liquid Ultra вязкая форма, посредством чего нанесение идет очень быстро. Пожалуйста, обратите внимание, чтобы покрыть также края Heatspreaders. Поэтому всегда используйте ту же самую сторону щетки. Обычно нет необходимости применить большого количества Liquid Ultra для процессора.

И опять ни слова о теплопроводности, компонентах и других характеристиках Coollaboratory Liquid Ultra.

 

Coollaboratory Liquid MetalPad

Новшество в охлаждении процессоров для PC систем Высокого уровня и игровых консолей с помощью прокладки с высокой теплопроводностью!

Coollaboratory Liquid MetalPad первая прокладка с высокой теплопроводностью, которая содержит 100% металла и плавится только при нагреве процессора, это дает превосходную теплопроводность. Это снижает температуру быстро и эффективно и не должно скрыться от лучшей пасты проводимости высокой температуры. Простая, чистая и быстрая установка превращает Liquid MetalPad  лучшую теплопроводящую среду PC HighEnd и игровых консолей.

Liquid MetalPad может использоваться со всеми применяемыми для охлаждающемся материалы, например алюминий или медь! Он не теряет свойств со временем его нет необходимости регулярно менять. Coollaboratory Liquid MetalPad соответствует требованиям RoHS и абсолютный нетоксичный.

Coollaboratory Liquid MetalPad поставлена в прозрачной блистерной упаковке и содержится в зависимости от назначения несколько Liquid MetalPad.

Coollaboratory Liquid MetalPad может применяться для центрального процессора (приблизительно 38x38 мм), GPU's (приблизительно 20x20 мм) и игровых консолей (приблизительно 42x42 мм). Дополнительно есть подробное печатное руководство по применению и соответствующий набор для очистки области контакта и удаления перед и после использования Liquid MetalPad.

И опять ни слова о теплопроводности, компонентах и других характеристиках Coollaboratory Liquid MetalPad.

 

Внимание!

Применение всех Coollaboratory Liquid не допускается при непосредственном контакте с алюминиевыми деталями!

Рекомендованный материал кулера медь, лучше - если она покрыта никелем.

 

Для примера в табл.3 приведены характеристики термоинтерфейсов обычно сравниваемых при тестировании Liquid Pro. Обратите внимание на отсутствие данных о рабочих температурах и составе для Liquid Pro. Следует обратить внимание и на величину теплопроводности которую мы обсудим позже.

 

Параметр КПТ-8 Arctic Silver 5 Coollaboratory
Liquid Pro
Теплопроводность, Вт/м*К 0.7-0.8 >8.7 32-37
Рабочие температуры, °С -60 ... +180 -50 ... +130 н.д.
Состав (основные наполнители) оксид цинка серебро, нитрид бора,
оксиды цинка и
алюминия,
сложный эфир
сплав
Цвет пасты Белый Серый Серебристый
Тип упаковки Банка/тюбик Шприц Шприц
Масса, гр. 12 3.5 1
Розничная стоимость, долларов США 1 5 10

Таблица 3.

 

Как Вы видите для КПТ-8 и Arctic Silver 5 указан используемый наполнитель, что позволяет грамотно их использовать, не боясь отравления и нежелательных химических реакций с контактирующими поверхностями и средствами для очистки. Причем это указания состава не раскрывает технологических секретов производителя, поскольку на характеристики термоинтерфейса существенное влияние оказывает множество других параметров. Например: размеры частиц, состав связующего вещества и применяемые пропорции. Думаю есть еще достаточно много тонкостей, не позволяющих украсть технологию производства составов.

 

К сайту обращаться бесполезно, там только самые общие слова, непонятно откуда появились в таб.4 и в Интернете данные о величине теплопроводности  - 82 Вт/м*К

 

Внешний вид образцов Liquid Pro, которые я видел,

существенно отличается. В одном случае это была капля металла, а в другом достаточно вязкий комочек. это говорит о разном составе термоинтерфейса.

Кроме того я обнаружил в одном из форумов жалобу на повышение температуры плавления через некоторое время после эксплуатации. Что привело к подпаиванию основания кулера к теплораспределительной крышке процессора у автора сообщения. Последнее можно объяснить только содержанием в примененном сплаве Liquid Pro ртути для снижения температуры плавления. Ртуть [Hg] достаточно активно испаряется при повышенных температурах, в результате чего температура плавления сплава ее содержащего увеличивается.

Возможно повышение температуры плавления при растворение "жидким металлом" припоя покрывающего тепло распределительную крышку процессора. Но только в случае если масса припоя соизмерима с массой "жидкого металла". А это в принципе не должно быть при качественном покрытии и может быть только при нарушениях технологии производства процессоров.

 

Теплопроводность сплавов представляемых как Liquid Pro тоже существенно зависит от его состава.

Не совсем понятно откуда взялась теплопроводность указанная на некоторых сайтах Интернет. Ее величина указывается как 82 Вт/м*К, а это теплопроводность Индия [см. таб. 4].

Свойства Индия и Галлия
Параметр Галлий Индий Цинк Олово Ртуть
Теплопроводность (300 K) Вт/(м·К) 28,1 81,8 116 66,8 8,3
Температура плавления °C 29,8 156 419 231,9 -61
Температура кипения K 2 477 2353 906 2543 629
Плотность г/см³ 5,91  7,31 7,13 7,31 13,54

Таблица 4.

Данная таблица позволяет оценить, пользуясь принципом аддитивности, теплопроводность сплавов. Но только оценить!

В таблице приведены только пять металлов, но это металлы. Обратите внимание их теплопроводность отличается более чем в десять раз. Металлы бывают разные, а используемые в "Жидких металлах" еще не идеал теплопроводности.

И любое введение в сплав металла с меньшей теплопроводностью [таких как галлий, ртуть] только снижает теплопроводность сплава.

 

Посмотрим табл. 2.

Сплавы находящиеся в жидком состоянии при комнатной температуре (не токсичные и не химически активные) построены на основе Галлия, Индия, Олова и Цинка. И все они имеют теплопроводность от 29,2 до 37 Вт/(м·К). Это совсем не 82 Вт/(м·К)! К этой величине могут приблизиться (только приблизиться!) сплавы на основе Индия.

Сплав под №1 используется в качестве легкоплавкого припоя и используется в виде прокладки - фольги устанавливаемой между тепло распределительной крышкой процессора и кулером. Его применение проще, меньше вероятность попадания капель металла на электронные компоненты компьютера.

НО!

Он имеет один существенный недостаток, для снятия кулера после его применения требует прогрева процессора до 60-70 °С. Только после этого припой становится пластичным и появляется возможность без повреждения снять кулер. Часто снимать кулер приходится на включенном компьютере, потому что при эффективном кулере припой охлаждается через несколько секунд. Но это можно делать только на материнских платах имеющих защиту от перегрева процессора.

 

Заключение

Так что же такое продукция Coollaboratory?

Похоже компания вполне сознательно не приводятся состав и теплопроводность ее теплопроводящих материалов.

По имеющимся признакам ее теплопроводящие составы имеют не самую высокую теплопроводность (реально это от 29,2 до 37 Вт/(м·К)), если они действительно безопасны в применении. А тогда мы должны выбирать использовать их "Жидкий металл" или другие составы с аналогичной теплопроводностью но менее опасные в применении (не электропроводящие и не содержащие вредных компонентов) например "Arctic Silver Ceramique".

С другой стороны если теплопроводность действительно приближается к Индию [82Вт/(м·К)] , то такой теплопроводящий материал должен содержать небольшое количество Ртути, чтобы металл стал "Жидким" при комнатной температуре. А это опасно не только для того кто ставит эти термоинтерфейсы, но и для окружающих, а особенно детей.

Прояснить ситуацию может только производитель, сказав четко и определенно о составе и характеристиках своей продукции. И совсем не обязательно указывать соотношение компонентов (чтобы не раскрывать рецептуру).

А пока я бы не рекомендовал без особой нужды работать с их термоинтерфейсами!

P.S.

Производители термоинтерфейса ЖМ-6 оказались более щедрыми на информацию:

 

Термоинтерфейс ЖМ-6
  - представляет собой эвтектический сплав из редких и цветных металлов особой чистоты. Основное назначение продукта - обеспечение теплового контакта между поверхностью центрального или графического процессора и теплосъемником водяной или воздушной системы охлаждения. Эффективность теплопередачи обусловлена главным образом высокой теплопроводностью сплава, его гомогенностью и низкой вязкостью, гарантирующей минимальную толщину слоя.

Характеристики:
Теплопроводность 34 Вт/(м К),
Температура плавления 10,3 С,
Диапазон рабочих температур нанесенного слоя -200 до +140 °С,
Температура начала кипения около 1600 °С,
Плотность 6,4 г/см.куб.

 

Да и теплопроводность ЖМ-6 имеет реальную величину.

Информация к размышлению: Особенности применения "Coollaboratory Liquid Pro",мысли и размышления навеянные практикой

А.Сорокин

март 2012

 

Яндекс.Метрика

<<назад>> <<в начало>> <<на главную>>

Попасть прямо в разделы сайта можно здесь:

/Неизвестный процессор/Охлаждение ПК/Электроника для ПК/Linux/Проекты, идеи/Полезные советы/Разное/
/
Карта сайта/Скачать/Ссылки/Обои/Форум/Каталог/

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