Apiezon®低温真空脂——低温应用的理想选择

在低温技术领域，材料的选择对实验和设备的性能至关重要。本文小编为您推荐由Apiezon®发布的白皮书《用于低温环境的专用碳氢基真空脂》，深入解析碳氢基真空脂在极端低温环境下的表现。

低温技术通常指在低于123K（即-150℃）的温度下操作。在许多科学和医学领域，需要在低温环境下进行实验和运行设备，温度甚至低至几开尔文（Kelvin）。在这些温度下，需要使用特殊材料来提供密封和热传导，因为标准的热沉化合物和密封配方可能会开裂或失效，从而降低密封效率和热导率。

目前市场上有多种真空脂可供选择，例如基于全氟聚醚（PFPE）的产品，其标称工作温度远低于0℃。然而，几乎所有产品的标称工作温度范围都限制在-80℃。典型的热沉化合物仅适用于低至-50℃的环境。仅有的例外是碳氢基真空脂（含专有添加剂），其工作温度可低至-269°C，即液氦的沸点温度。

该白皮书探讨低温应用和研究的需求，分析碳氢基真空脂在热接触和密封方面的性能表现。

低温应用示例

— 研究领域

在高校研究领域，许多实验需要将样品冷却到极低温度。在这些实验中，通常需要在将样品安装在低温恒温器的冷指上，以实现极低温度。实验完成后，需要将样品移除。因此，用于安装的真空脂需要在室温下具有可塑性，但在低温下硬化。此外，如果该真空脂可在实验完成后轻松去除和清洁，将非常有用。

— 超导体

超导体是低温技术的另一个关键应用领域，极低温度是实现超导现象的必要条件。低温超导体的典型工作低于30K，而所谓的高温超导体则可以在高达138K的温度下工作。尽管被称为“高温”，但这仍然属于低温范围，需要使用能够承受极低温度且不失去任何性能的材料。超导体是制造高强度磁体的关键，这些磁体用于磁共振成像（MRI）扫描仪和磁悬浮运输系统等设备。更小众的应用包括粒子加速器和聚变反应堆，这些设备需要极高的磁场来提供必要的约束和加速力。在这些系统中，冷却设备与超导材料之间需要良好的热接触，并且需要**的温度测量。

温度传感器

对于温度传感器，保持良好的热接触以提供准确的测量至关重要。通常使用热电偶套管来直接测量液氮或液氦的温度。热电偶套管用于保护精密温度传感器免受损坏，并允许将温度探头放置在感兴趣的区域，例如管道的中心。使用热电偶套管的一个挑战是需要在外壁和温度传感器之间建立良好的热接触。碳氢真空脂通常用于填充低温设备中的热电偶套管，以提供传感器与被测介质之间的必要接触。在这种情况下，真空脂非常理想，因为它易于涂抹在热电偶或插入套管中。真空脂在室温下会软化，这意味着可以轻松将传感器探头从套管中取出进行维护或更换，而使用环氧树脂或类似的**性固定热界面材料则无法做到这一点。探头更换并冷却后，真空脂再次硬化，提供与外壳表面的良好热接触。

低温润滑

润滑脂无法提供解决方案的另一个领域是低温润滑。无论基础油是什么，润滑脂在低于约170K时都会固化，因此在操作过程中无法提供润滑。真空脂可以用作组装润滑剂，帮助构建低温系统，例如允许轴通过O形圈插入而不会损坏弹性体。在这种情况下，能够承受热循环的真空脂非常有用，因为它允许拆卸和更换轴以进行维护。需要注意的是，在极低温度下运行的运态系统需要使用固体润滑涂层。

热传递性能

低温技术中的一个关键问题是在冷却设备和实验对象之间提供良好的热传递。例如，将半导体芯片安装到低温恒温器的冷指上，为了有效冷却芯片，需要在两个表面之间提供良好的热接触。在低温下，热传递主要通过直接传导进行，因为辐射和对流的影响可以忽略不计。在考虑热传导时，需要在材料之间建立良好的接触。在宏观层面上，两个相邻表面可能看起来是平的，但在微观层面上，情况并非如此，其表面粗糙度可使得两个材料之间的实际接触面积非常中。事实上，由于微观粗糙度，实际接触面积可能仅为总面积的1-2%。在室温下，这个问题较小，因为两个材料之间的气体分子运动有助于传传递。然而，这个过程效率较低，一旦温度接近**零度，气体分子的运动减慢，热传递主要由传导主导。使用低温导热脂的原理很简单，导热脂在两个材料之间提供直接的热传导路径，消除所有的自由空间并填充了峰谷。

有许多热沉化合物经配制可提供良好的热导率，其中一些含有金属颗粒以提高整体热导率。这些材料在低温使用中的一个主要缺点是颗粒的增加会增加接触表面之间的空间，实际上可能对系统的热传递特性产生不利影响。另外两种被广泛接受的低温热传导方法是使用铟箔或特殊配方的碳氢低温导热脂（Apiezon® N），后者含有添加剂以防止在极低温度下开裂或失效，铟箔在较高温度下可提供更佳的热导率，但当温度降至约40K以下时，Apiezon® N脂变得更有效，当温度进一步降至1-6K范围时，Apiezon® N的性能比铟箔好得多。使用碳氢真空脂的另一个优点是易于去除。这在科学实验中尤其有用，因为样品需要临时安装在低温恒温器中，如果使用铟箔，实验完成后很难去除箔片，而碳氢真空脂可以通过使用碳氢溶剂（如甲苯或d-柠檬烯）完全去除。

蒸气压和真空应用

除了提供热接触外，碳氢真空脂还可以为需要在低温下运行的真空系统提供优异的密封介质。在这种应用中，产品的关键特性是能够在极低温度下保持不开裂，并具有低蒸气压，以防止不需要的材料释放到真空环境中。

【结论】

对于低温应用，通常需要在两个表面之间提供良好的热导率。为了实现这一点，需要使用一种能够在极低温度下提供必要热导率并承受热循环的真空脂。碳氢真空脂（Apiezon® N）已经开发并应用多年，可以在液氦温度下提供优异的性能。除了提供良好的热导率外，它还可以反复循环回室温，以便拆卸和更换组件。并可通过使用常见的碳氢溶剂完全去除。此外，还可以用作真空密封剂，提供非常低的蒸气压，从而允许在极压压力下使用，进入超高真空范围。

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【关于麦迪森科技】

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