在低溫技術領域，材料的選擇對實驗和設備的性能至關重要。本文小編為您推薦由Apiezon?發布的白皮書《用于低溫環境的專用碳氫基真空脂》，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于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導，因為標準的熱沉化合物和密封配方可能會開裂或失效，從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，例如基于全氟聚醚（PFPE）的產品，其標稱工作溫度遠低于0℃。然而，幾乎所有產品的標稱工作溫度范圍都限制在-80℃。典型的熱沉化合物僅適用于低至-50℃的環境。僅有的例外是碳氫基真空脂（含專有添加劑），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面的性能表現。

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。實驗完成后，需要將樣品移除。因此，用于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后輕松去除和清潔，將非常有用。

— 超導體

超導體是低溫技術的另一個關鍵應用領域，極低溫度是實現超導現象的必要條件。低溫超導體的典型工作低于30K，而所謂的高溫超導體則可以在高達138K的溫度下工作。盡管被稱為“高溫”，但這仍然屬于低溫范圍，需要使用能夠承受極低溫度且不失去任何性能的材料。超導體是制造高強度磁體的關鍵，這些磁體用于磁共振成像（MRI）掃描儀和磁懸浮運輸系統等設備。更小眾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。在這些系統中，冷卻設備與超導材料之間需要良好的熱接觸，并且需要**的溫度測量。

溫度傳感器

對于溫度傳感器，保持良好的熱接觸以提供準確的測量至關重要。通常使用熱電偶套管來直接測量液氮或液氦的溫度。熱電偶套管用于保護精密溫度傳感器免受損壞，并允許將溫度探頭放置在感興趣的區域，例如管道的中心。使用熱電偶套管的一個挑戰是需要在外壁和溫度傳感器之間建立良好的熱接觸。碳氫真空脂通常用于填充低溫設備中的熱電偶套管，以提供傳感器與被測介質之間的必要接觸。在這種情況下，真空脂非常理想，因為它易于涂抹在熱電偶或插入套管中。真空脂在室溫下會軟化，這意味著可以輕松將傳感器探頭從套管中取出進行維護或更換，而使用環氧樹脂或類似的**性固定熱界面材料則無法做到這一點。探頭更換并冷卻后，真空脂再次硬化，提供與外殼表面的良好熱接觸。

低溫潤滑

潤滑脂無法提供解決方案的另一個領域是低溫潤滑。無論基礎油是什么，潤滑脂在低于約170K時都會固化，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，幫助構建低溫系統，例如允許軸通過O形圈插入而不會損壞彈性體。在這種情況下，能夠承受熱循環的真空脂非常有用，因為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系統需要使用固體潤滑涂層。

熱傳遞性能

低溫技術中的一個關鍵問題是在冷卻設備和實驗對象之間提供良好的熱傳遞。例如，將半導體芯片安裝到低溫恒溫器的冷指上，為了有效冷卻芯片，需要在兩個表面之間提供良好的熱接觸。在低溫下，熱傳遞主要通過直接傳導進行，因為輻射和對流的影響可以忽略不計。在考慮熱傳導時，需要在材料之間建立良好的接觸。在宏觀層面上，兩個相鄰表面可能看起來是平的，但在微觀層面上，情況并非如此，其表面粗糙度可使得兩個材料之間的實際接觸面積非常中。事實上，由于微觀粗糙度，實際接觸面積可能僅為總面積的1-2%。在室溫下，這個問題較小，因為兩個材料之間的氣體分子運動有助于傳傳遞。然而，這個過程效率較低，一旦溫度接近**零度，氣體分子的運動減慢，熱傳遞主要由傳導主導。使用低溫導熱脂的原理很簡單，導熱脂在兩個材料之間提供直接的熱傳導路徑，消除所有的自由空間并填充了峰谷。

有許多熱沉化合物經配制可提供良好的熱導率，其中一些含有金屬顆粒以提高整體熱導率。這些材料在低溫使用中的一個主要缺點是顆粒的增加會增加接觸表面之間的空間，實際上可能對系統的熱傳遞特性產生不利影響。另外兩種被廣泛接受的低溫熱傳導方法是使用銦箔或特殊配方的碳氫低溫導熱脂（Apiezon? N），后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范圍時，Apiezon? N的性能比銦箔好得多。使用碳氫真空脂的另一個優點是易于去除。這在科學實驗中尤其有用，因為樣品需要臨時安裝在低溫恒溫器中，如果使用銦箔，實驗完成后很難去除箔片，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需要在低溫下運行的真空系統提供優異的密封介質。在這種應用中，產品的關鍵特性是能夠在極低溫度下保持不開裂，并具有低蒸氣壓，以防止不需要的材料釋放到真空環境中。

【結論】

對于低溫應用，通常需要在兩個表面之間提供良好的熱導率。為了實現這一點，需要使用一種能夠在極低溫度下提供必要熱導率并承受熱循環的真空脂。碳氫真空脂（Apiezon? N）已經開發并應用多年，可以在液氦溫度下提供優異的性能。除了提供良好的熱導率外，它還可以反復循環回室溫，以便拆卸和更換組件。并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，從而允許在極壓壓力下使用，進入超高真空范圍。

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