Apiezon®低溫真空脂——低溫應用的理想選擇

在低溫技術領域，材料的選擇對實驗和設備的性能至關(guan) 重要。本文小編為(wei) 您推薦由Apiezon®發布的白皮書(shu) 《用於(yu) 低溫環境的專(zhuan) 用碳氫基真空脂》，深入解析碳氫基真空脂在極端低溫環境下的表現。

低溫技術通常指在低於(yu) 123K（即-150℃）的溫度下操作。在許多科學和醫學領域，需要在低溫環境下進行實驗和運行設備，溫度甚至低至幾開爾文（Kelvin）。在這些溫度下，需要使用特殊材料來提供密封和熱傳(chuan) 導，因為(wei) 標準的熱沉化合物和密封配方可能會(hui) 開裂或失效，從(cong) 而降低密封效率和熱導率。

目前市場上有多種真空脂可供選擇，例如基於(yu) 全氟聚醚（PFPE）的產(chan) 品，其標稱工作溫度遠低於(yu) 0℃。然而，幾乎所有產(chan) 品的標稱工作溫度範圍都限製在-80℃。典型的熱沉化合物僅(jin) 適用於(yu) 低至-50℃的環境。僅(jin) 有的例外是碳氫基真空脂（含專(zhuan) 有添加劑），其工作溫度可低至-269°C，即液氦的沸點溫度。

該白皮書(shu) 探討低溫應用和研究的需求，分析碳氫基真空脂在熱接觸和密封方麵的性能表現。

低溫應用示例

— 研究領域

在高校研究領域，許多實驗需要將樣品冷卻到極低溫度。在這些實驗中，通常需要在將樣品安裝在低溫恒溫器的冷指上，以實現極低溫度。實驗完成後，需要將樣品移除。因此，用於(yu) 安裝的真空脂需要在室溫下具有可塑性，但在低溫下硬化。此外，如果該真空脂可在實驗完成後輕鬆去除和清潔，將非常有用。

— 超導體(ti)

超導體(ti) 是低溫技術的另一個(ge) 關(guan) 鍵應用領域，極低溫度是實現超導現象的必要條件。低溫超導體(ti) 的典型工作低於(yu) 30K，而所謂的高溫超導體(ti) 則可以在高達138K的溫度下工作。盡管被稱為(wei) “高溫”，但這仍然屬於(yu) 低溫範圍，需要使用能夠承受極低溫度且不失去任何性能的材料。超導體(ti) 是製造高強度磁體(ti) 的關(guan) 鍵，這些磁體(ti) 用於(yu) 磁共振成像（MRI）掃描儀(yi) 和磁懸浮運輸係統等設備。更小眾(zhong) 的應用包括粒子加速器和聚變反應堆，這些設備需要極高的磁場來提供必要的約束和加速力。在這些係統中，冷卻設備與(yu) 超導材料之間需要良好的熱接觸，並且需要**的溫度測量。

溫度傳(chuan) 感器

對於(yu) 溫度傳(chuan) 感器，保持良好的熱接觸以提供準確的測量至關(guan) 重要。通常使用熱電偶套管來直接測量液氮或液氦的溫度。熱電偶套管用於(yu) 保護精密溫度傳(chuan) 感器免受損壞，並允許將溫度探頭放置在感興(xing) 趣的區域，例如管道的中心。使用熱電偶套管的一個(ge) 挑戰是需要在外壁和溫度傳(chuan) 感器之間建立良好的熱接觸。碳氫真空脂通常用於(yu) 填充低溫設備中的熱電偶套管，以提供傳(chuan) 感器與(yu) 被測介質之間的必要接觸。在這種情況下，真空脂非常理想，因為(wei) 它易於(yu) 塗抹在熱電偶或插入套管中。真空脂在室溫下會(hui) 軟化，這意味著可以輕鬆將傳(chuan) 感器探頭從(cong) 套管中取出進行維護或更換，而使用環氧樹脂或類似的**性固定熱界麵材料則無法做到這一點。探頭更換並冷卻後，真空脂再次硬化，提供與(yu) 外殼表麵的良好熱接觸。

低溫潤滑

潤滑脂無法提供解決(jue) 方案的另一個(ge) 領域是低溫潤滑。無論基礎油是什麽(me) ，潤滑脂在低於(yu) 約170K時都會(hui) 固化，因此在操作過程中無法提供潤滑。真空脂可以用作組裝潤滑劑，幫助構建低溫係統，例如允許軸通過O形圈插入而不會(hui) 損壞彈性體(ti) 。在這種情況下，能夠承受熱循環的真空脂非常有用，因為(wei) 它允許拆卸和更換軸以進行維護。需要注意的是，在極低溫度下運行的運態係統需要使用固體(ti) 潤滑塗層。

熱傳(chuan) 遞性能

低溫技術中的一個(ge) 關(guan) 鍵問題是在冷卻設備和實驗對象之間提供良好的熱傳(chuan) 遞。例如，將半導體(ti) 芯片安裝到低溫恒溫器的冷指上，為(wei) 了有效冷卻芯片，需要在兩(liang) 個(ge) 表麵之間提供良好的熱接觸。在低溫下，熱傳(chuan) 遞主要通過直接傳(chuan) 導進行，因為(wei) 輻射和對流的影響可以忽略不計。在考慮熱傳(chuan) 導時，需要在材料之間建立良好的接觸。在宏觀層麵上，兩(liang) 個(ge) 相鄰表麵可能看起來是平的，但在微觀層麵上，情況並非如此，其表麵粗糙度可使得兩(liang) 個(ge) 材料之間的實際接觸麵積非常中。事實上，由於(yu) 微觀粗糙度，實際接觸麵積可能僅(jin) 為(wei) 總麵積的1-2%。在室溫下，這個(ge) 問題較小，因為(wei) 兩(liang) 個(ge) 材料之間的氣體(ti) 分子運動有助於(yu) 傳(chuan) 傳(chuan) 遞。然而，這個(ge) 過程效率較低，一旦溫度接近**零度，氣體(ti) 分子的運動減慢，熱傳(chuan) 遞主要由傳(chuan) 導主導。使用低溫導熱脂的原理很簡單，導熱脂在兩(liang) 個(ge) 材料之間提供直接的熱傳(chuan) 導路徑，消除所有的自由空間並填充了峰穀。

有許多熱沉化合物經配製可提供良好的熱導率，其中一些含有金屬顆粒以提高整體(ti) 熱導率。這些材料在低溫使用中的一個(ge) 主要缺點是顆粒的增加會(hui) 增加接觸表麵之間的空間，實際上可能對係統的熱傳(chuan) 遞特性產(chan) 生不利影響。另外兩(liang) 種被廣泛接受的低溫熱傳(chuan) 導方法是使用銦箔或特殊配方的碳氫低溫導熱脂（Apiezon® N），後者含有添加劑以防止在極低溫度下開裂或失效，銦箔在較高溫度下可提供更佳的熱導率，但當溫度降至約40K以下時，Apiezon® N脂變得更有效，當溫度進一步降至1-6K範圍時，Apiezon® N的性能比銦箔好得多。使用碳氫真空脂的另一個(ge) 優(you) 點是易於(yu) 去除。這在科學實驗中尤其有用，因為(wei) 樣品需要臨(lin) 時安裝在低溫恒溫器中，如果使用銦箔，實驗完成後很難去除箔片，而碳氫真空脂可以通過使用碳氫溶劑（如甲苯或d-檸檬烯）完全去除。

蒸氣壓和真空應用

除了提供熱接觸外，碳氫真空脂還可以為(wei) 需要在低溫下運行的真空係統提供優(you) 異的密封介質。在這種應用中，產(chan) 品的關(guan) 鍵特性是能夠在極低溫度下保持不開裂，並具有低蒸氣壓，以防止不需要的材料釋放到真空環境中。

【結論】

對於(yu) 低溫應用，通常需要在兩(liang) 個(ge) 表麵之間提供良好的熱導率。為(wei) 了實現這一點，需要使用一種能夠在極低溫度下提供必要熱導率並承受熱循環的真空脂。碳氫真空脂（Apiezon® N）已經開發並應用多年，可以在液氦溫度下提供優(you) 異的性能。除了提供良好的熱導率外，它還可以反複循環回室溫，以便拆卸和更換組件。並可通過使用常見的碳氫溶劑完全去除。此外，還可以用作真空密封劑，提供非常低的蒸氣壓，從(cong) 而允許在極壓壓力下使用，進入超高真空範圍。

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