Thermopaste mit geringer Ausgasung für Vakuumanwendungen

Wärmeleitpaste mit geringer Ausgasung ist eine Wärmeleitmasse, die so formuliert und getestet wurde, dass sie den Verlust flüchtiger Bestandteile und kondensierbare Ablagerungen unter Vakuum begrenzt. Bei der Auswahl sollte man zunächst von der Anwendung ausgehen und nicht vom Leitfähigkeitswert. Legen Sie zunächst den Druckbereich, die Betriebs- und Ausbrenntemperaturen, die Einwirkzeit, die Materialmenge sowie kontaminationsempfindliche Oberflächen in der Umgebung fest.

Die Ergebnisse gemäß ASTM E595 für den Gesamtmassenverlust (TML) und das gesammelte flüchtige kondensierbare Material (CVCM) dienen als nützliche Anhaltspunkte für die Vorauswahl. Sie stellen jedoch keine vollständige Qualifizierung dar. Die häufig herangezogenen NASA-Screening-Werte von höchstens 1,0% TML und 0,10% CVCM sind für optische Instrumente, Kryodetektoren oder Ultrahochvakuumsysteme möglicherweise zu großzügig bemessen. Zudem bedeutet „silikonfrei“ nicht automatisch eine geringe Ausgasung. Und gewöhnliches Vakuumdichtungsfett ist nicht automatisch ein Wärmeleitmaterial.

Die Faustregel: Legen Sie zunächst die Vakuum- und Verunreinigungsgrenzwerte fest. Wählen Sie anschließend das TIM aus und testen Sie es. Beginnen Sie nicht mit W/mK.

Was ist eine thermische Paste mit geringer Ausgasung?

Eine Schnittstelle mit Wärmeleitpaste sieht so aus:

Wärmequelle → dünne, vakuumverträgliche Fettschicht → Kühlkörper oder Kühlplatte

Das Schmierfett füllt mikroskopisch kleine Vertiefungen zwischen scheinbar glatten Oberflächen aus und senkt den Kontaktwiderstand. Es hält die Teile nicht zusammen und überbrückt auch keine großen mechanischen Spalte. Einen umfassenden Überblick über Schmierfette, Polster, Gele, Phasenwechsel-Folien und Klebstoffe bietet HAKTAK’s Leitfaden zu Wärmeleitmaterialien erläutert, worin sich die wichtigsten TIM-Formate unterscheiden.

“Geringe Ausgasung” bedeutet, dass das Material unter den angegebenen Testbedingungen nur eine begrenzte Menge an Gas oder Dampf freisetzt. Diese Bedingungen spielen eine wichtige Rolle. Eine Verbindung, die einen Tag lang bei einer bestimmten Temperatur getestet wurde, ist nicht automatisch für einen fünfjährigen Einsatz bei einer anderen Temperatur geeignet.

Das Vakuum verändert auch das allgemeine Kühlungsproblem. Da die Konvektion wegfällt, wird Wärme hauptsächlich durch Wärmeleitung und Strahlung übertragen. Die festgeklemmte Schmiermittelschicht leitet weiterhin Wärme zwischen festen Teilen und kann an Bedeutung gewinnen, da weniger Wege zur Wärmeabfuhr verbleiben.

Wärmeleitpaste ist nicht dasselbe wie Vakuumfett

Das Wort “Fett” sorgt hier für jede Menge Verwirrung. Drei Stoffe können in einem Glas ähnlich aussehen, obwohl sie unterschiedliche Funktionen erfüllen.

Ein Vakuumschmiermittel kann hervorragende Dampfdruckwerte aufweisen, aber nur eine schwache thermische Leistung bieten. Eine CPU-Wärmeleitpaste kann Wärme gut leiten, aber einen unzulässigen Molekülfilm hinterlassen. Ähnliche Konsistenz, unterschiedliche Aufgabe. So sieht es im Grunde aus.

Warum herkömmliche Wärmeleitpaste ein Vakuumsystem verunreinigen kann

Wärmeleitpaste enthält in der Regel eine Trägerflüssigkeit, ein Verdickungsmittel, leitfähige Füllstoffe und geringe Mengen an Verarbeitungsadditiven. Unter Einwirkung von Wärme und bei niedrigem Druck können Feuchtigkeit und niedermolekulare Bestandteile aus dem Material entweichen. HAKTAKs Erklärung zu Wie sich Wärmeleitpaste im Vakuum verhält behandelt die Verflüchtigung und die Siloxanmigration ausführlicher.

Freigesetzte Moleküle bewegen sich weiter, bis sie auf eine Oberfläche treffen, in eine Pumpe gelangen oder das System verlassen. Eine kältere Oberfläche kann wie eine Auffangplatte wirken. Stellen Sie sich vor, wie sich Parfüm ausbreitet, ohne dass Luft vorhanden ist, die es vermischen könnte. Eine kalte Linse oder ein Detektor kann zu einem Ort werden, an dem sich die Moleküle absetzen.

Ablagerungen können die optische Durchlässigkeit verringern, das Reflexionsvermögen verändern, den Kontaktwiderstand erhöhen, die Eigenschaften des Kühlkörpers verändern oder analytischen Hintergrund verursachen. Außerdem können sie den Abpumpvorgang verlangsamen und die Restgasbelastung erhöhen.

Auch das Schmierfett selbst kann sich verändern. Der Verlust von Trägerstoffen kann die Viskosität erhöhen, füllstoffreiche Rückstände hinterlassen oder Risse verursachen. Auslaufendes Öl kann benachbarte Oberflächen verunreinigen. Durch Temperaturwechselbeanspruchung kann Material aus dem aktiven Bereich herausgedrückt werden. Dies kann zu einem Anstieg des thermischen Widerstands führen, selbst wenn die Kammer ihr Drucksollwert noch erreicht.

Das Kontaminationsrisiko hängt nicht nur vom Vakuumniveau ab. Auch Temperatur, freigesetzte Partikel, Materialmenge, freiliegende Kantenflächen, Leitfähigkeit, Sichtlinie, kalte Oberflächen und die zulässige Schichtdicke spielen eine Rolle. Bei einem Produktionswerkzeug im Grobvakuum ohne Optik stellt sich ein anderes Problem als bei einem Detektor für ein kryogenes Teleskop.

Erläuterung der TML- und CVCM-Daten gemäß ASTM E595

ASTM E595-15(2021) ist die bekannteste Methode zur Bestimmung des Massenverlusts und der kondensierbaren Stoffe bei Proben, die einer Vakuumumgebung ausgesetzt sind. Ingenieure finden in Prüfberichten häufig drei Werte: TML, CVCM und WVR.

Der Gesamtmassenverlust gibt die gesamte Freisetzung an

TML ist der prozentuale Anteil der ursprünglichen Probenmasse, der während der Bestrahlung verloren geht. Darin können Wasser und andere flüchtige Stoffe enthalten sein. Selbst ein geringer TML-Wert kann noch chemische Stoffe enthalten, die für eine Optik, einen Katalysator, einen Kontakt oder eine Prozesskammer schädlich sind. Das Gesamtgewicht des Gepäcks sagt nichts darüber aus, was sich im Koffer befindet.

CVCM misst Material, das auf einer kalten Oberfläche gesammelt wurde

CVCM ist der prozentuale Anteil der ursprünglichen Probenmasse, der sich bei einer bestimmten Temperatur auf einem Kollektor niederschlägt. Dies spielt in der Nähe von Linsen, Spiegeln, Detektoren, Solarzellen, Kälteschilden und anderen Oberflächen, an denen sich Dampf ansammelt, eine Rolle.

Die CVCM-Werte stellen nach wie vor nur ein vergleichendes Screening-Ergebnis dar. Die tatsächliche Abscheidung hängt vom Sichtfaktor, der Entfernung, der Temperatur, dem Adhäsionskoeffizienten, der Kammergeometrie und der Pumpleistung ab. Ein Testkollektor ist kein vollständiges Raumfahrzeugmodell.

WVR und RML fügen Kontext hinzu

Der Wasserrückgewinnungsgrad (WVR) ist die Masse, die ein Prüfstück nach einer kontrollierten Feuchteeinwirkung wieder aufnimmt. In einigen Programmen wird auch der wiedergewonnene Massenverlust berücksichtigt, der üblicherweise durch die Berücksichtigung des zurückgewonnenen Wassers ausgedrückt wird. Diese Werte helfen dabei, Feuchteeinflüsse von anderen flüchtigen Verlusten zu unterscheiden, geben jedoch keinen Aufschluss über die freigesetzten chemischen Stoffe.

Sind 1,01 TP3T TML und 0,101 TP3T CVCM gut genug?

In den historischen Zusammenstellungen der NASA zu geringen Ausgasungswerten wurden Höchstwerte von 1,01 TP3T TML und 0,101 TP3T CVCM verwendet. Dabei handelt es sich um sinnvolle erste Filterkriterien, nicht um allgemeingültige Zulassungsgrenzwerte. Ein kontaminationsempfindliches Messgerät kann strengere CVCM-Grenzwerte oder artspezifische Anforderungen festlegen. Für eine warme Komponente sind möglicherweise auch kinetische Daten erforderlich, da sich die Freisetzungsrate mit der Temperatur ändert.

Lies den Bericht, nicht nur das Wort “bestanden”.”

So nutzen Sie die Ausgasungsdaten der NASA und des ECSS

Die Ausgasungsdatenbank des NASA GSFC ist wertvoll, da es Materialprüfberichte enthält, die nach einer anerkannten Methode erstellt wurden. Suchen Sie nach der genauen Herstellerbezeichnung und prüfen Sie den Prüfbericht. Ein ähnlicher Name, eine alte Rezeptur oder eine allgemeine Materialgruppe sind kein Nachweis für die Spritze auf Ihrem Labortisch.

Die Aufnahme in die Datenbank bedeutet auch nicht, dass das Material “von der NASA zugelassen” ist. Es bedeutet lediglich, dass Daten vorliegen. Das Projektmaterialteam entscheidet weiterhin, ob das jeweilige Material, das Verfahren, die Menge und der Standort akzeptabel sind. Bewahren Sie den Bericht, die Chargenkennung, die Lieferantenrevision sowie etwaige Anweisungen zur Vorkonditionierung in der Qualifizierungsakte auf.

ECSS-Q-ST-70-02C legt einen europäischen Rahmen für die Materialprüfung im Raumfahrtbereich fest, der Ausrüstung, Probenvorbereitung, Prüfparameter, Berichterstattung und Abnahme umfasst. Darin wird ausdrücklich anerkannt, dass je nach Anwendung und Einsatzort strengere Kriterien erforderlich sein können. Das ist ein wichtiger Punkt: Die Norm liefert einen gemeinsamen Maßstab, während das Projekt die tatsächlichen Anforderungen festlegt.

Bei langen Einsätzen, hohen Betriebstemperaturen, Anforderungen an schnelles Abpumpen oder im UHV-Bereich reicht eine statische Überprüfung möglicherweise nicht aus. Durch kinetische Ausgasungsmessungen, Restgasanalysen oder artspezifische Tests lässt sich feststellen, wie sich die Ausgasungsrate im Laufe der Zeit verändert. Ein einzelner 24-Stunden-Wert kann nicht jede Steigung der Kurve wiedergeben.

Silikonhaltige, silikonfreie und PFPE-Wärmeleitpasten

Kann Silikon-Wärmeleitpaste eine geringe Ausgasung aufweisen?

Ja. Silikonchemie ist nicht automatisch ausgeschlossen. Herkömmliche Silikonöle können niedermolekulare Siloxane enthalten, die migrieren und kondensieren, doch gereinigte, hochmolekulare oder speziell aufbereitete Formulierungen können eine deutlich geringere Freisetzung aufweisen. Ausschlaggebend sind die produktspezifischen Daten.

Silikonträger sind nach wie vor attraktiv, da sie eine breite Temperaturstabilität, gute elektrische Isolierung, Oxidationsbeständigkeit und eine gut verarbeitbare Rheologie bieten. Im Bereich der Optik, bei Relais, Beschichtungsverfahren oder beim Verkleben von Oberflächen kann der zulässige Siloxangehalt jedoch nach wie vor extrem niedrig sein.

„Silikonfrei“ ist keine Garantie für einen sauberen Staubsauger

Silikonfreie Trägerstoffe können Kohlenwasserstoffe, Ester, Feuchtigkeit, Weichmacher oder Verarbeitungshilfsstoffe freisetzen. Die Angabe “silikonfrei” beantwortet eine chemische Frage. Sie gibt jedoch keinen Aufschluss über TML, CVCM, den Dampfdruck oder die Identität der einzelnen Stoffe.

Diese Unterscheidung ist bei der Beschaffung von Bedeutung. Ersetzen Sie eine gemessene Anforderung nicht durch eine Kennzeichnung. Fragen Sie nach den genauen Prüfwerten und dem Konditionierungszustand.

Auch für PFPE-basierte Werkstoffe werden thermische Daten benötigt

Perfluorpolyether-Flüssigkeiten (PFPE) werden in einigen Vakuumschmierstoffen verwendet, da ausgewählte Typen einen niedrigen Dampfdruck und chemische Stabilität aufweisen. Das bedeutet jedoch nicht, dass jedes PFPE-Fett als TIM geeignet ist. Das Verdickungsmittel, die Additive, der Füllstoff, die Viskosität, die Haftbrücke, die Benetzbarkeit, der Temperaturbereich und die elektrischen Eigenschaften spielen nach wie vor eine Rolle.

Füllstoffe verändern mehr als nur den W/mK-Wert

Zu den gängigen Füllstoffen zählen Aluminiumoxid, Zinkoxid, Bornitrid, Aluminiumnitrid, Silber und Kohlenstoffmaterialien. Sie beeinflussen die Leitfähigkeit, das elektrische Verhalten, die Dichte, die Viskosität, die Reinheit der Partikel und die Verarbeitbarkeit. Mit Metall gefüllte Compounds können elektrisch leitfähig sein. Mit Keramik gefülltes Schmierfett kann isolierend wirken, doch diese Eigenschaft muss unter Berücksichtigung der tatsächlichen Klebefläche und der erforderlichen Spannung gemessen werden.

Bei Raumfahrzeugen oder wissenschaftlichen Geräten prüft das Materialteam unter Umständen auch Aspekte im Zusammenhang mit Strahlung, Magnetfeldern, Aktivierung oder Kryotechnik. Es gibt keinen allgemein besten Füllstoff.

Thermische Eigenschaften von vakuumverträglichem Schmierfett

Eine geringe Ausgasung nützt nichts, wenn sich das Bauteil überhitzt. Die Qualität der fertigen Schnittstelle hängt von der Wärmeleitfähigkeit, der Dicke der Klebefuge, dem Anpressdruck, der Rauheit, Hohlräumen und der Langzeitstabilität ab. Für eine ideal gleichmäßige Schicht gilt:

Rbulk = BLT / (k × A)

Hier, BLT ist die Dicke der Klebefuge, k ist die Leitfähigkeit, und A ist die Fläche. Bei realen Baugruppen kommt an beiden Oberflächen ein Kontaktwiderstand hinzu. Deshalb kann die installierte thermische Impedanz aussagekräftiger sein als ein reiner W/mK-Wert. Der Leitfaden von HAKTAK zu Auswahl und Prüfung der Wärmeleitfähigkeit von Wärmeleitpaste erläutert die messtechnische Seite dieses Kompromisses.

Verwenden Sie die dünnste durchgehende Klebefuge, die die Toleranzsumme zulässt. Ein stabiler, gleichmäßiger Anpressdruck trägt dazu bei, die Oberflächen zu benetzen und den Kontakt aufrechtzuerhalten. Zu viel Kraft kann dazu führen, dass Fett herausgedrückt wird, eine Platte verformt wird oder ein empfindliches Bauteil beschädigt wird.

Fett ist für nahezu aneinanderliegende Oberflächen vorgesehen. Wenn die Baugruppe einen sichtbaren oder variablen Spalt aufweist, überprüfen Sie Wärmekitt im Vergleich zu Wärmeleitpaste anstatt das Fett in einer dicken Schicht aufzutragen. Für jedes Ersatzmaterial sind weiterhin eigene Vakuumdaten erforderlich.

So wählen Sie eine vakuumverträgliche Wärmeleitpaste aus

1. Definition der Vakuumumgebung

Geben Sie die Betriebs- und Lagerdruckbereiche, den Pumpentyp, die zulässige Gasbelastung, den Einschaltzyklus, die Einsatzdauer und das Abpumpziel an. Begriffe wie „Vorvakuum“, „Hochvakuum“ und „UHV“ können je nach Branche leicht variieren; geben Sie daher in der Spezifikation die numerischen Druckbereiche an.

2. Heiße und kalte Oberflächen kartieren

Geben Sie die Normal- und Spitzentemperatur des Schmierfetts, die geplante Ausbrenntemperatur, Kaltplatten, kryogene Oberflächen sowie etwaige direkte Sichtlinien zu Optiken oder Detektoren an. Die Ausgasungsrate steigt in der Regel mit der Temperatur an, während sich auf kälteren Oberflächen möglicherweise mehr kondensierbares Material ansammelt.

3. Festlegung des Kontaminationsbudgets

Legen Sie die Grenzwerte für TML und CVCM, verbotene Molekülspezies, zulässige Änderungen der optischen Transmission oder Reflexion, Grenzwerte für Kontrollproben sowie Anforderungen an den Basisdruck fest. Ein allgemeines Elektronikgehäuse benötigt möglicherweise eine einfache Abschirmung. Ein Präzisionsdetektor erfordert möglicherweise eine QCM-, RGA- oder spezies-spezifische Zulassung.

4. Festlegung der thermischen und elektrischen Schnittstelle

Geben Sie die Wärmebelastung, die Kontaktfläche, die Klebefuge, die Ebenheit, den Anpressdruck, den angestrebten Wärmewiderstand, die elektrische Isolierung, die Oberflächenmaterialien und den Nachbearbeitungsaufwand an. Ein hoher W/mK-Wert bei einer dicken, instabilen Klebefuge ist kein Vorteil.

5. Nachvollziehbare Nachweise der Lieferanten anfordern

Fragen Sie nach der genauen Güteklasse und Überarbeitung, dem Prüfbericht, dem TDS, dem SDS, der Rückverfolgbarkeit der Charge, der Haltbarkeitsdauer, den Lagerbedingungen, dem Anwendungsprozess, den Ausbrenngrenzwerten, den thermischen Daten und den Richtlinien zur Änderungsmitteilung. Das klingt vielleicht pingelig, ist es bei Vakuumarbeiten aber nicht.

6. Die gesamte Baugruppe validieren

Materialmenge, freiliegende Kante, Gehäusevolumen, Leitfähigkeit, Sauberkeit der Bauteile und der Sichtfaktor können das Ergebnis beeinflussen. Führen Sie den Test an der tatsächlichen Halterung oder einer repräsentativen Musterbaugruppe durch. Auch der Auftragsprozess sollte kontrolliert werden; HAKTAK’s Anleitung zum Auftragen von Wärmeleitpaste beschreibt die allgemeinen Grundsätze für die Reinigung und Montage.

Anwendungsbereiche für thermische Paste mit geringer Ausgasung

Raumfahrzeuge, Satelliten und Avionik

Raumfahrtgeräte können thermischen Vakuumzyklen, Strahlung, einer langen Betriebsdauer und der Unmöglichkeit praktischer Nachbearbeitung ausgesetzt sein. Schmiermittel in der Nähe von Kühlkörpern, Sensoren, Kameras oder Solarmodulen müssen sowohl auf Verunreinigungen geprüft werden als auch einen stabilen thermischen Kontakt gewährleisten.

Optik, Laser, Kameras und Detektoren

Ein unsichtbarer Molekülfilm kann dennoch die Transmission, die Reflexion, die Streuung oder die Detektorantwort beeinflussen. Kaltdetektoren sind besonders effektive Sammelflächen.

Vakuumwerkzeuge für die Halbleiterindustrie

Bei Wafer- und Prozessgeräten spielen die Absaugzeit, der Kohlenwasserstoff-Hintergrund, die Reinheit und eine wiederholbare Wartung eine wichtige Rolle. Selbst ein geringes TIM kann erhebliche Kosten verursachen, wenn es die Zeit für die Kammerkonditionierung verlängert.

Elektronenmikroskope, Massenspektrometer und Beschleuniger

UHV- und Analysesysteme können Fett anhand von RGA-Peaks oder Hintergrundverunreinigungen nachweisen. Feste Kontakte, Indium oder ein neu gestalteter Wärmepfad lassen sich möglicherweise leichter handhaben.

Kryotechnische, medizinische und wissenschaftliche Instrumente

Kryogene Systeme führen zu unterschiedlichen Schrumpfungsraten und Viskositätsänderungen. Versiegelte analytische oder medizinische Instrumente können optische Komponenten, Detektoren und Kontakte enthalten. Die Norm ASTM E595 dient als Auswahlhilfe, gewährleistet jedoch weder die Einhaltung medizinischer Anforderungen noch die vollständige Systemsicherheit.

Häufige Probleme mit Vakuum-TIM und deren Lösungen

Prüfung von thermischer Paste mit geringer Ausgasung über die Angaben im Datenblatt hinaus

Beginnen Sie mit einer Prüfung gemäß ASTM E595 oder ECSS auf Werkstoffebene unter Verwendung des vorgesehenen Probenzustands. Wenn das gelieferte Schmierfett vor der Montage vakuumgebacken wird, prüfen Sie auch diesen Prozesszustand. Verwenden Sie mehr als ein Prüfstück, wenn Abweichungen eine Rolle spielen, und bewahren Sie die Chargenidentität.

Wenn die Art der Moleküle eine Rolle spielt, kann die RGA Partialdrucksignaturen im Vakuumsystem anzeigen. GC-MS oder kryogenes GC-MS können dabei helfen, aus einer Probe freigesetzte Verbindungen zu identifizieren. Diese Ergebnisse müssen im Kontext betrachtet werden. Kammergeometrie, Temperatur, Menge und Gasleitfähigkeit beeinflussen das tatsächliche Risiko; ziehen Sie daher einen Material- oder Kontaminationsschutzspezialisten hinzu.

Führen Sie anschließend an einer repräsentativen Grenzfläche einen thermischen Vakuumzyklus durch. Erfassen Sie die anfängliche Klebefläche, den Anpressdruck, die Geräteleistung, die Kühlkörper-Temperatur, die thermische Impedanz, den Kammerdruck und das Hintergrundspektrum. Wiederholen Sie nach der Belichtung die thermische Messung und prüfen Sie das Bauteil auf Ausbluten, Auspumpen, Risse, Hohlräume oder Abdeckungsverlust.

Verwenden Sie Testplättchen oder eine Quarzkristall-Mikrowaage in der Nähe kritischer Stellen, wenn es auf die Materialabscheidung ankommt. Ein Testplättchen kann hinsichtlich Masse, optischer Durchlässigkeit, Reflexion oder chemischer Zusammensetzung analysiert werden. Platzieren Sie es dort, wo die tatsächlich empfindliche Oberfläche mit dem Material in Kontakt kommt, und nicht in einer bequemen Ecke mit einem anderen Sichtfaktor.

Ein Ausbrennen kann zwar die anfängliche Belastung durch flüchtige Stoffe verringern, dies sollte jedoch überprüft werden. Vergleichen Sie die Pump-Down-, RGA-, Massen- und thermischen Leistungsdaten vor und nach dem vorgeschlagenen Zyklus. Ein Ausbrennen, das zwar die Kammer reinigt, das Fett jedoch austrocknet und thermisch schwächt, ist kein erfolgreicher Prozess.

Legen Sie vor dem Testen die Kriterien für „bestanden“ und „nicht bestanden“ fest. Zu den nützlichen Grenzwerten gehören:

• TML und CVCM im Rahmen der Projektanforderungen;
• keine verbotenen Arten oberhalb des festgelegten Schwellenwerts;
• Die Zielwerte für das Abpumpen und den Basisdruck wurden erreicht;
• Zeugenaussage unterhalb der Nachweisgrenze;
• Drift der thermischen Impedanz innerhalb der Auslegungsgrenzen;
• keine kritischen Leckagen, kein Abpumpen, keine Risse oder elektrische Verunreinigungen;
• Wiederholbare Ergebnisse über Chargen und Baugruppen hinweg.

Wenn ein anderes Vakuum-TIM besser ist als Fett

Fett ist nach wie vor attraktiv, da es sich gut anpasst, eine dünne Grenzschicht bildet und Nachbearbeitungen ermöglicht. Bei UHV, hoher optischer Empfindlichkeit oder dauerhaften Baugruppen kann jedoch eine andere Form vorteilhaft sein.

A Wärmeleitpad mit Phasenwechsel mag zwar eine sauberere Installation ermöglichen, doch müssen der Träger, die Einlage und das Aktivierungsverhalten weiterhin einer Vakuumqualifizierung unterzogen werden. Die umfassendere Untersuchung von HAKTAK zu Alternativen zu Wärmeleitpaste hilft dabei, Graphit, Bremsbeläge, PCM und andere Optionen vor anwendungsspezifischen Tests zu vergleichen.

Checkliste für die Spezifikation von Vakuum-Wärmeleitpaste

1. Druckbereich, Pumpentyp, Einsatzdauer und angestrebter Vakuumgrad.
2. Legen Sie die Betriebs-, Lager- und Ausbrenntemperaturen fest.
3. Erfassen Sie Oberflächen, die auf Kälte, Licht, Elektrizität und Sichtverbindung reagieren.
4. Legen Sie die Grenzwerte für TML, CVCM, Arten und Ablagerung fest.
5. Es werden Daten zum genauen Produkt, zur Revision, zur Charge und zum Prozessstatus benötigt.
6. Geben Sie die Schmierfettmenge, die freiliegende Kante, die Klebefuge und den Klemmdruck an.
7. Legen Sie die thermischen Impedanz- und elektrischen Anforderungen fest.
8. Überprüfen Sie gegebenenfalls die Kompatibilität von Substrat, Beschichtung, Strahlung und kryogenen Bedingungen.
9. Stabilität bei Testentlüftung, Abpumpen, Zyklusbetrieb und Ausheizen.
10. Die repräsentative Stichprobe gemäß TVAC mit festgelegten Akzeptanzgrenzen qualifizieren.

Schlussfolgerung

Eine geringe Ausgasung ist ein gemessenes Verhalten und keine auf einem Etikett aufgedruckte Kurzformel. TML-Werte von höchstens 1,01 TP3T und CVCM-Werte von höchstens 0,101 TP3T sind nützliche Auswahlkriterien, qualifizieren ein Schmierfett jedoch nicht automatisch für den Einsatz in UHV-Anwendungen, der Optik, bei kryogenen Detektoren, in Halbleiteranlagen oder in Raumfahrzeugen.

Beginnen Sie mit der Umgebung und dem Kontaminationsbudget. Prüfen Sie anschließend die genauen Materialdaten, die thermische Impedanz, die Klebefuge, den Druck, das elektrische Verhalten, die Verarbeitung und die Rückverfolgbarkeit. Silikonfreie Materialien können zwar bei einem bestimmten Kontaminationsproblem helfen, ersetzen jedoch keine Tests. Das Gleiche gilt für PFPE, PCM, Graphit und Indium.

Überprüfen Sie abschließend die gesamte Schnittstelle unter repräsentativen Vakuum- und Temperaturbedingungen. Messen Sie sowohl die Verunreinigung als auch die Wärmeübertragung. Nur so lässt sich sinnvoll feststellen, ob ein Fett mit geringer Ausgasung im fertigen System tatsächlich ein geringes Risiko darstellt.

Häufig gestellte Fragen

Was ist eine thermische Paste mit geringer Ausgasung?

Es handelt sich um eine Wärmeleitpaste, die so konzipiert und getestet wurde, dass sie unter den angegebenen Vakuumbedingungen nur eine begrenzte Menge an flüchtigen und kondensierbaren Stoffen freisetzt. Außerdem muss sie in der vorgesehenen Baugruppe einen akzeptablen thermischen Kontakt, mechanische Stabilität und ein akzeptables elektrisches Verhalten gewährleisten.

Welche TML- und CVCM-Werte gelten als geringe Ausgasung?

Die häufig zitierten Grenzwerte der NASA liegen bei maximal 1,0% TML und 0,10% CVCM. Diese Werte dienen als Ausgangspunkt. Bei optischen, kryogenen, UHV- und missionsspezifischen Anwendungen können strengere Grenzwerte oder artspezifische Auflagen gelten.

Reicht die Norm ASTM E595 aus, um Wärmeleitpaste für den Einsatz im Vakuum zu qualifizieren?

Nein. ASTM E595 ist ein Verfahren zur Materialauswahl. Für die endgültige Qualifizierung können außerdem thermische Impedanzprüfungen, RGA- oder chemische Analysen, Kontrollproben, eine Ausbrennprüfung sowie thermische Vakuumzyklen auf Baugruppenebene erforderlich sein.

Ist Silikon-Wärmeleitpaste im Vakuum unbedenklich?

Bestimmte speziell formulierte Silikonfette können geeignet sein, sofern entsprechende Daten zur Ausgasung und zur Anwendung vorliegen. Eine handelsübliche Silikon-CPU-Paste sollte nicht als vakuumverträglich angesehen werden, da Siloxane mit niedrigem Molekulargewicht wandern und kondensieren können.

Ist silikonfreies Wärmeleitpaste automatisch ausgasungsarm?

Nein. Auch silikonfreie Trägerstoffe und Additive können flüchtige Kohlenwasserstoffe, Ester, Feuchtigkeit oder andere Stoffe freisetzen. Verlassen Sie sich nicht auf die Angabe „silikonfrei“, sondern ziehen Sie die numerischen Testergebnisse für die jeweilige Formulierung heran.

Ist Vakuumfett dasselbe wie Wärmeleitpaste?

Nein. Vakuumfett dient in der Regel der Abdichtung oder Schmierung. Wärmeleitpaste dient dazu, den thermischen Kontaktwiderstand zu senken. Ein Material sollte nur dann für beide Zwecke verwendet werden, wenn seine Eigenschaften beide Aufgaben erfüllen.

Verdampft Wärmeleitpaste im Vakuum?

Es verschwindet in der Regel nicht sofort. Niedrigmolekulare Bestandteile, Feuchtigkeit und Additive können nach und nach durch Ausgasung und Verflüchtigung entweichen. Das verbleibende Schmierfett kann seine Viskosität verändern oder an thermischer Leistungsfähigkeit einbüßen.

Wie wählt man Wärmeleitpaste für den Einsatz in der Nähe von Optiken oder Detektoren aus?

Legen Sie den Schwerpunkt auf CVCM, molekulare Spezies, Ablagerungen auf kalten Oberflächen, Sichtliniengeometrie und Vergleichstests. Legen Sie projektspezifische Kontaminationsgrenzwerte fest und überprüfen Sie anschließend die Leistung der Optik oder des Detektors nach einer repräsentativen TVAC-Exposition.

Kann das Vakuum-Ausbrennen die Ausgasung von Wärmeleitpaste verringern?

Dadurch lässt sich ein Teil der flüchtigen Bestandteile reduzieren, sofern Temperatur und Dauer innerhalb der für Material und Hardware geltenden Grenzwerte bleiben. Überprüfen Sie anschließend erneut die Ausgasung und das thermische Verhalten, da das Ausheizen die Viskosität, die Ausblutung oder den Zustand der Grenzfläche verändern kann.

Was kann Wärmeleitpaste in UHV-Anwendungen ersetzen?

Zu den möglichen Optionen zählen Indiumfolie, Graphitschnittstellen, zugelassene Phasenwechselmaterialien, thermische Klebstoffe mit geringer Ausgasung sowie neu gestaltete feste Wärmeleitwege. Die beste Wahl hängt von Druck, Temperatur, Anpresskraft, elektrischen Anforderungen, Sauberkeit und dem Bedarf an Nachbearbeitung ab.