Legering van koper, diamant en chroom kan chips beter koelen

Onderzoekers van het Duitse Fraunhofer Institut hebben een materiaal ontwikkeld, bestaande uit een legering van koper, diamant en chroom, dat warmte beter kan afvoeren dan koper, maar dat bij verhitting evenveel uitzet als keramiek.

Voor het koelen van chips in bijvoorbeeld notebooks wordt veel gebruik gemaakt van heatspreaders van bijvoorbeeld aluminium of koper om de warmte die de chips genereren zo geleidelijk mogelijk af te voeren. Het nadeel is dat met het oplopen van de temperatuur de metalen plaat drie tot vier keer zoveel uitzet als silicium of een keramieken behuizing. Dit leidt tot spanningen in het soldeerwerk waarmee de chips op de printplaat zijn bevestigd, wat uiteindelijk kan leiden tot scheuren in dat soldeerwerk. Vanuit de industrie was er daarom behoefte aan een nieuw materiaal met betere warmtegeleidende eigenschappen.

De onderzoekers van het Fraunhofer Institut denken de juiste legering hiervoor gevonden te hebben: de toevoeging van diamant aan koper geeft volgens hen het beoogde resultaat. 'Diamant geleidt warmte vijf keer beter dan koper. Het resulterende materiaal zet niet meer uit dan keramiek onder verhitting, maar geleidt warmte anderhalf keer beter dan een heatspreader op basis van koper. De toevoeging van chroom was nodig om koper en diamant aan elkaar te binden', aldus Thomas Schubert, hoogleraar en verantwoordelijke voor het project van de IFAM in Dresden - een onderdeel van het Fraunhofer Institut. Het onderzoek werd samen met de partners Siemens en Plansee uitgevoerd als onderdeel van het EU-project 'ExtreMat', een programma voor de ontwikkeling van nieuwe heatsinkmaterialen.

Reacties (52)

[Ackermans1973]

Synthetische diamanten zijn sowieso goedkoper dan natuurlijke, en met de processen als CVD en HTHP zijn ze niet meer van elkaar te onderscheiden.

En naast boren en slijpen wordt synth-diamand bijv. ook op zuigers in auto's gebruikt. Wel de duurdere auto's want ja, het blijft diamant. Deze worden middels CVD als coating aangebracht.

Wat me laat denken dat een CVD coating op een koeler oppervlak al een vooruitgang is t.o.v. de huidige uitvoering.

Maar het is en blijft een dure business, zowel synth. als natuurlijke diamant. Maar omdat dus het onderscheid er zowat niet meer is, wil de markt voor natuurlijke, dus gedolven, diamant actie gaan ondernemen om hun diamantprijs te kunnen rechtvaardigen, met o.a. marketing en reclame, maar ook door serienummers in diamant te etsen met lasers.

Maar goed, wat Fraunhofer nu heeft bedacht, zeker het punt van minimale uitzetting, is een groot voordeel.

Nu nog supergeleiding van temp en voila....

[0scar]

Voor mensen die niet in een metaalkundig laboratorium werken:

CVD = Chemical Vapor Deposition
This is a thin-film coating with a diffusion type bond that results from the reaction between various gaseous phases and the heated surface of a substrate. The final product is a hard, wear-resistant coating with an extremely strong bond to the substrate. CVD is sometimes referred to as a “hot coating” because the process approaches temperatures around 1900°F. For this reason, special post-coating vacuum heat-treating processes have been developed for tool steel components.

HTHP = High Temperature and High Pressure consolidation

[kwinvdv]

Er wordt ook niet bij vermeld wat de verhoudingen zijn tussen het koper, diamant en chroom, dus misschien is het wel zo dat er maar een heel klein deel diamant maar hoeft te zijn om het gewenste resultaat te krijgen. En door dat het beter warmte geleid is er ook minder nodig voor bijvoorbeeld heatpipes, dus zal de prijs misschien niet heel veel stijgen, maar heeft het wel de eigenschap dat het beter warmte geleid en minder uitzet bij verhitting.

[Verwijderd]

Heatpipes blijven toch wel nodig aangezien je in een laptop vaak te maken hebt met een radiale fan bovenop de CPU ivm het ontwerp van de behuizing. Mensen willen nu eenmaal graag een dun ding dus kun je niet uit met een hoge heatsink.
Om de heatsink dan naast de CPU (en dus het moederbord te krijgen) zodat de hele hoogte bruikbaar is worden heatpipes gebruikt. Ook kan zo'n heatpipe de heatsink flink langer maken dan de sink normaal zou kunnen zijn zonder heatpipe. Dit is ook weer handig in het ontwerp van de behuizing.

[Renshetmens]

Uiteindelijk zal het er wel op neerkomen dat je chips niet koeler worden, maar ze gewoon weer meer hitte zullen afvoeren.

[Thomix]

Ik snap niet hoe je diamant kan gebruiken in een legering: voordat je over een diamantstructuur kan spreken heb je al flinke brokken nodig, die je nooit in het kristalrooster van een andere stof kan krijgen.
Uit het artikel: “We did this by adding diamond powder to the copper [...] “One ingredient we can use to achieve this is chrome. Even small amounts form a carbide film on the diamond surface, and this film easily bonds to copper,”
Met andere woorden: er is dus helemaal geen sprake van een legering (alloy) maar van een mengsel dat aan elkaar gesinterd is.

[Rannasha]

In hoeverre is dit economisch haalbaar? Ik ken diamant alleen als sierraad en daar is het niet echt goedkoop, zelfs niet voor een klein steentje. Hoe zit dit met diamant dat op deze manier industrieel wordt verwerkt?

Ik denk dat niemand zit te wachten op een heatsink die 500 euro kost tenslotte

[wildhagen]

Ik denk niet dat er echt diamant gebruikt gaat worden, zal wel kunstmatig gemaakt diamant zijn. Dat word nu ook al gebruikt voor diamantboren enzo, en dat spul is toch niet geschikt voor sieraden.

Hoe dat spul gemaakt word kan je o.a. hier terugvinden: http://en.wikipedia.org/wiki/Synthetic_diamond

Zou anders wel erg duur worden ja

[Reactie gewijzigd door wildhagen op 25 juli 2024 11:45]

[Verwijderd]

Ze hebben het ook al uitgezocht om diamanten uit Tequilla te maken, wat zeer goedkoop te produceren is.

http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0806/0806.1485.pdf

A team of Mexican scientists found that the heated vapor from 80-proof (40% alcohol) tequila blanco, when deposited on a silicon or stainless steel substrate, can form diamond films.

In their experiments, the scientists grew the diamond films using "pulsed liquid injection chemical vapor deposition techniques." In a specially made device, they heated the liquid tequila to 280 ºC (536 ºF) to transform it into a gas. In a reaction chamber, they heated the gas to 800 ºC (1470 ºF) to break down its molecular structure, resulting in solid diamond crystals of about 100-400 nm. The crystals fell onto silicon or stainless steel trays, accumulating in a thin, uniform film. The high temperatures removed all of the tequila´s carbon impurities to result in pure diamonds.

In het experiment was staal gebruikt, maar misschien dat direct koper ook toepasbaar is, zodat meteen het eindmateriaal gemaakt kan worden.

Industriële applicaties van de Tequila diamonds worden in 2011 verwacht, dus dat zal eventueel in hetzelfde tijdschema zitten als dit onderzoek.

[Dani86]

Is dat nog overgebleven van 1April ofzo. Diamant is basically koolstof wat onder hele hoge druk is samengeperst.

[Verwijderd]

Zonde van de tequilla;)

Maar over het onderwerp: mijn scheikunde is heel slecht, waarom geleid diamant warmte beter? ik dacht dat metalen dat om de 1 of andere reden als beste deden?

[MSalters]

Warmtegeleiding is Natuurkunde, geen Scheikunde

Metalen geleiden warmte goed, omdat de vrije elektronen zich makkelijk kunnen verplaatsen. Die elektronen kunnen de warmte doorgeven.

In een stof als zout is het kristalrooster opgebouwd uit positieve en negatieve ionen. De valentieelektronen zitten daar vast aan de negatieve ionen.

In diamant heb je het beste van beide werelden. Je hebt vrije elektronen, niet gebonden aan negatieve ionen, maar anderzijds heb je ook een net kristalrooster waardoor de elektronen niet de hele tijd op verdwaalde atomen botsen.

[Verwijderd]

zegt de datum (1-4) van het artikel je iets?

[Verwijderd]

Het zijn ook echt alleen mexicanen die op het idee komen om Tequila te gebruiken voor diamant productie

[Flozem]

"dat spul is toch niet geschikt voor sieraden"

Die diamanten zijn net zo goed en echt als natuurlijke diamanten. Alleen wil een bepaald kartel ons doen geloven dat alleen natuurlijke diamanten "echt" zijn, wat naar mijn mening alleen ter bescherming van de markt(prijs) is. Marketing, meer is het niet.

Staat ook op die wiki:
"The mined diamond industry is evaluating marketing and distribution countermeasures to these less expensive alternatives. The three largest distributors have made public statements about selling their diamonds with full disclosure and have implemented measures to laser-inscribe serial numbers on their gemstones."

[SouLLeSSportal]

probleem is dat die diamanten maar tot een zekere grootte kunnen worden gefabriseerd, en die kan bij lange na nog niet in de buurt komen van een natuurlijke diamant van een beetje normaal formaat.

[RobLemmens]

Nieuwe technieken maken het mogelijk om een diamant laag voor laag op te bouwen in een soort van oven door het opdampen op een substraat. De enige beperkende factor voor de grootte is in de zeer nabije toekomst (ms nu al) de grootte van de oven..

[ronny]

De kunstmatige diamanten zijn al zo goed dat de "natuurlijke" diamenten worden voorzien van een laser inscriptie met serie nummer omdat anders het verschil niet meer is te zien tussen een "kunstmatige" en een "natuurlijke" diamant.
Dus voor normaal gebruik is er echt geen verschil meer het is alleen nog gevoelswaarde.

[Verwijderd]

Diamant word al volop gebruikt in de industrie voor zagen en slijpschijven en dergelijke. Goedkoop is het niet, maar voor korreltjes diamant betaal je natuurlijk een stuk minder dan een enkele (relatief grote) zorgvuldig geslepen steen.
(Daarnaast is het ook al jaren mogelijk om zelf diamant te groeien in laboratoria met behulp van grafiet en héle hoge druk en temperaturen)

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 25 juli 2024 11:45]

[Simon Verhoeven]

Tegenwoordig kunnen ze al synthetische diamanten maken.

Ook moet je de diamanten die gebruikt worden voor juwelen niet verwarren met degene die hiervoor niet geschikt zijn en dus voor industriële doeleinden gebruikt worden.

( http://en.wikipedia.org/wiki/Synthetic_diamond )

[Verwijderd]

Waarschijnlijk dat er gebruik zal worden gemaakt van synthetische diamanten, ik weet niet hoe duur die zijn maar ongetwijfeld stukken goedkoper dan die in sieraden.
Zie ook
http://en.wikipedia.org/wiki/Synthetic_diamond

[Gersomvg]

Diamanten kunnen ze ook uit grafiet maken (dat spul in je potlood ). Hij is dan alleen niet helemaal zuiver..

[Reactie gewijzigd door Gersomvg op 25 juli 2024 11:45]

[apella]

beter zelfs: diamant en grafiet zijn volledig dezelfde stof, maar dan met de atomen in een andere ordening.
Ik zie dan ook niet in waarom hij niet zuiver zou zijn.

[Simon Verhoeven]

de gele verkleuring komt eigenlijk door stikstof onzuiverheden.

[Mightybunny]

Ze gebruiken de kunstmatige diamant niet omdat hij te zuiver is. Diamant is zo mooi omdat er onzuiverheden inzitten en die kleur schakeringen veroorzaken.

[Flozem]

Inderdaad - laatste nog een hele docu op discovery channel over gezien. Men kan zelfs al kunstmatige diamanten zonder verkleuringen maken. Een van de belangrijkste kenmerken van synthetische diamanten zou volgens die docu de hoge mate van zuiverheid zijn.

[The Dolf]

Waarschijnlijk hebben ze het over een industriele diamant wat een kunstmatige variant is.
Is stukken goedkoper en heeft dezelfde eigenschappen als een natuurlijke diamant. Ziet er alleen niet zo mooi uit maar dat is in dit geval niet zo belangrijk.

[Reactie gewijzigd door The Dolf op 25 juli 2024 11:45]

[Nicked]

Ook synthetische diamant is nog niet echt heel goedkoop.
Mogelijk gebruiken ze ook gewoon natuurlijk diamant. Denk aan het slijpsel dat achterblijft bij het perfectioneren van een diamant tot een mooie briljant.

Simpel te vergelijken met de hele gewone frikandel. Die wordt gemaakt van vleesafval, waar ook best de resten van ossenhaas o.i.d. in kunnen zitten.
Desondanks is de prijs van een frikandel daardoor niet gigantisch hoog

@ TRRoads hieronder: maar die slijpschijven bevatten nou ook niet echt tot briljant geslepen diamantjes hè? Zijn ook gewoon grof (of fijn) gesorteerde korrels.

Dus inderdaad zou zo'n koelblok nou niet echt heeel veel duurder kunnen zijn.

[Reactie gewijzigd door Nicked op 25 juli 2024 11:45]

[Verwijderd]

Mwah, als ik in de bouwmarkt een slijpschijf met diamant voor een tientje kan kopen kan het nooit echt duur zijn.

Overigens klopt het inderdaad dat een kunstmatige diamant juist te puur is voor sierraden, hoewel daar ook weer oplossingen voor zijn. Zie bijvoorbeeld http://en.wikipedia.org/wiki/Cubic_zirconia
Die 'nepdiamant' ziet er perfect uit en wordt zeer veel gebruikt in sierraden.

[pinky3]

Diamant kan ook op niet natuurlijke wijze, nl industrieel gemaakt worden. Gewoon koolstof onder hoge temperatuur en hoge druk. Dit soort diamant is iets minder hard dacht ik, maar mss is dit niet noodzakelijk voor de warmte geleiding.

Hoe hoog de productiekost hiervan is, weet ik niet.

Hopelijk krijgen ze de chroom nog uit de legering, want dat is niet echt een milieuvriendelijk goedje.

En natuurlijk zijn er nog een hoop andere toepassingsgebieden te vinden voor dit soort materiaal, want alleen voor heatsinks, is het idd niet echt economisch haalbaar vrees ik.

[Ackermans1973]

Synthetische diamant is goedkoper te maken dan een natuurlijk gedolven diamant uiteindelijk kost.

Plus er zijn meerdere manieren om Synt. diamanten te maken, HTHP waar jij het over hebt is 1 manier.

CVD is een andere, hierbij wordt een gas gebruikt en worden de omstandigheden nagebootst om koolstof atomen zodanig te laten neerslaan dat ze diamand structuren vormen.

Dan is er nog de explosie procedure, deze is nogal populair in Rusland. DMV een explosie worden door de hitte en druk diamant gevormd.

Wat ook gebruikt wordt is ultrasoon geluid.

En ik denk wel dat heatsinks economisch haalbaar is, als je tenminste voorbij het huisgebruik denkt.

Hoeveel serverparken moeten niet gekoeld worden nu in speciale ruimtes? En mbt het minimale uitzetten, er zijn plenty gebruiken waarbij het op de nanometer aankomt, en ook daarvoor zou het ideaal materiaal zijn.

[blspjnl]

Natuurlijke diamanten hebben in alle opzichten toch net een streepje voor op industriele ( hardheid, E-modulus en geleiding(algemeen)), maar met zo'n prijs is het ondenkbaar om ze ergens anders dan voor de show te gebruiken.

[wouzy]

"Some single crystal diamonds grown through chemical vapor deposition have been shown to be harder than any known natural diamond."

- Wikipedia.

"Monocrystalline synthetic diamond enriched in 12C isotope (99.9%) has the highest thermal conductivity of any known solid at room temperature: >30 W/cm·K [15] five times more than copper."

-Wikipedia

Ik weet dat ik hier alleen WP aan haal, maar toch..
Ik denk niet dat natuurlijke diamanten echt voordelen hebben, zeker niet in een industriële omgeving.
^{Voor de show is inderdaad een ander geval, de onzuiverheden in een natuurlijke diamant kunnen daar evt. wel een voordeel zijn.}

[Reactie gewijzigd door wouzy op 25 juli 2024 11:45]

[Blastpe]

Wat is hier nu de nieuwswaarde van? Diamand als heatsink bestaat al een tijdje
link

[Countess]

klopt, maar het is geen legering met een metaal, maar een combi van silicium en koolstof materialen.

en voor zover ik weet is iets van alleen koolstof niet erg goed bestand tegen grotere hitten. dan veranderd het van structuur.

edit : het is juist diamant dat in grafiet veranderd bij hoge temperaturen volgens mij.

[Reactie gewijzigd door Countess op 25 juli 2024 11:45]

[Blastpe]

ScD Thermal bestaat uit diamant, siliciumcarbide en Silicium (wat overigens een metalloïde is). Door de oppervlakte te grafitiseren (met behulp van bevoorbeeld een laser) onstaat er een grafiet laag. Deze grafiet laag bind met vloeibaar silicium en vormt siliciumcarbide. Wat er overblijft is diamant met siliciumcarbide en silicium (er is geen grafiet meer aanwezig in het eind product). Het is bestand tegen hoge temperaturen.

[Martin-S]

Ik ga even de mierenneukert uithangen:

Vanuit de industrie was er daarom behoefte aan een nieuw materiaal met betere warmtegeleidende eigenschappen

Afgaande op de inleiding van dit hele varhaal was dat niet de hoofdreden.

De warmte geleidende eigenschappen van Aluminium en vooral Koper zijn wel goed te noemen. De industrie was vooral op zoek maar een oplossing voor het verschil in uitzettingscoefficient (wat voor die spanningen zorgde). Dat lijkt met dit materiaal gelukt, en ik denk dat het feit dat het beter koelt mooi meegenomen is.

[Reactie gewijzigd door Martin-S op 25 juli 2024 11:45]

[BARACUS]

Google video eens diamond empire, de diamanten handel is gewoon een monopolie met gemanipuleerde schaarste en een flinke reclame campagne.
Diamanten zijn eigenlijk bijna niks waard.

Die flauwekul kunnen we beter voor chipjes gebruiken

[Reactie gewijzigd door BARACUS op 25 juli 2024 11:45]

[kidde]

de diamanten handel is gewoon een monopolie met gemanipuleerde schaarste en een flinke reclame campagne.

Kort antwoord: 15 jaar geleden had je gelijk, nu niet meer (denk ik).
Ik neem aan dat je refereert aan de documentaire van Frontline uit 1994, The Diamond Empire; en het zwikje dat gerund wordt door de familie Oppenheimer van De Beers.

Zie WP, End of diamond monopoly:

De Beers is well known for its monopolistic practices throughout the 20th century, whereby it used its dominant position to manipulate the international diamond market.... ...However the transformation of the company, from the late nineties to present, is starting to become more widely known. ...
...De Beers conducted a strategic review with Bain & Company, consequently changing its business model from a supply-controlled industry to that which was driven by demand.

Verder valt te lezen dat het DeBeers kartel zowel is aangeklaagd in 2001 in de VS voor monopolievorming in een Class Action Lawsuit en dat klanten mogelijk geld terug kunnen krijgen door de schikking als gevolg van die zaak, en dat ze ook voor de EU werden aangeklaagd ivm. het opkopen van alle diamanten van Alrosa, de Russische Staats-ruwe diamanten fabriek; en dat ze met dat laatste sinds 2008 hebben beloofd te stoppen.

Waarschijnlijk zijn de documentaires van Discovery nieuwer; dus ze vertellen allebei de waarheid; alleen op een ander moment in de tijd.

ED: Voor wie toch op WP loopt te lezen, in het artikel over diamanten staat dat slechts 0,02% van de gevonden natuurlijke diamanten een mooie / bijzondere kleur heeft, de rest is dus niet zoveel waard neem ik voor het gemak aan en kan worden gebruikt voor industriële doeleinden.

[Reactie gewijzigd door kidde op 25 juli 2024 11:45]

[computerjunky]

toch wat vaker discovery kijken dan kan je zien wat erbij komt kijken om natuurlijke diamanten te pakken te krijgen.

zelfs synthetische diamanten kosten een kapitaal om te maken door de peperdure machines en ontwikkelkosten.

[Reactie gewijzigd door computerjunky op 25 juli 2024 11:45]

[BARACUS]

Ik probeer uit te leggen dat het een gemanipuleerde markt is en je komt dan met discovery channel aanzetten. Je kunt die steentjes letterlijk oprapen op sommige plekken. Ze kopen stukken grond op om het NIET eruit te graven. Ze laten zelfs een enorme kluis zien waar ze alle overschot bewaren. Tijdens de koude oorlog zijn Amerikanen zelfs naar Rusland gegaan om de markt af te knijpen.

Ga de docu bekijken, je ogen zullen open gaan

[Jegorex]

En hoe weet ik dat die documentaire wel betrouwbaar is en Discovery Channel niet?