DIY Flüssigmetall-WLP für eine Studie. Welche Software und Hardware?

[Sharangir]

Ich betreue eine Schülerarbeit im Fachbereich Materialwissenschaften.

Das Ziel ist, selber eine Wärmeleitpaste auf Flüssigmetallbasis herzustellen. (Eventuell verschiedene Zusammensetzungen im Vergleich)
(Wir haben ein Chemielabor zur Verfügung und die Sicherheitsvorkehrungen sind kein Problem, aber im Prinzip werden wir sowas hier machen: https://www.reddit.com/r/watercooli...yd_liquid_metal_thermal_paste_and_so_can_you/ keeping it simple)

Vorgehen: Paste wird hergestellt und dann über mehrere Durchgänge "gemessen".
Mehrere Durchgänge:

• Auftragen
• mehrere Benchmarks laufen lassen
• wegwischen
• neu auftragen
• mehrere Benchmarks laufen lassen
• rinse and repeat

Vergleich mit käuflicher Paste und eventuell Herstellung verschiedener Gemische einer eigenen Paste.


Benchmark Software wird noch gesucht.
100% CPU Auslastung für maximale Wärmegeneration, aber möglichst reproduzierbare Ergebnisse.

Wassertemperatur und Luft-Temperatur messen = nötig oder nicht?
sind die CPU-internen Sensoren zuverlässig?


Welche Hardware bietet sich an für die Messungen?
Soll nicht zu viel kosten, aber möglichst zuverlässig Ergebnisse liefern.

AIO Wasserkühlung, die sich leicht anbringen und entfernen lässt, reiner Kupferblock. Welche?


Habe leider kürzlich mein Testbench mini Case von Lian-Li entsorgt.. das wäre ideal gewesen als Gehäuse.

 

[dms]

uii als Schülerarbeit ambitioniert

... lass dich doch mal bei Igor (@FormatC )

https://www.igorslab.de/

inspirieren wie er so seine Messreihen aufbaut

 

[CaptainPicard]

Benchmark Software wird noch gesucht.
100% CPU Auslastung für maximale Wärmegeneration, aber möglichst reproduzierbare Ergebnisse.

Nur etwas Hitze = Prime, Praxisnäher = Cinebench. Und guck mal hier.

Wassertemperatur und Luft-Temperatur messen = nötig oder nicht?

Na Klar. Und dann den Deltawert vergleichen.

Welche Hardware bietet sich an für die Messungen?

Schau mal bei Igor vorbei, wie @dms schon sagt.

 

[Stovi]

Welche Abweichungen erwartet ihr denn? Deutlich größer 1K oder kleiner?
Mit einem PC werdet ihr es nicht schaffen alle Messreihen an einem Tag innerhalb kurzer Zeit durchzuführen.
Also müsstet ihr die Temperaturänderung des Raumes mit aufnehmen.
Ich habe mal als groben Ansatz gelernt, wenn man etwas messen will, dann sollte das Messmittel in der Lage sein 1/10 des erwarteten Zielwertes aufzulösen. Wenn ihr 1K erwartet, dann sollte euere Messmittel also im Bereich von 1/10K genau sein.
Wenn eure Labore gut ausgestatte sind, dann sollte das machbar sein.

 

[Tzk]

Warum nicht einfach mit Heizwiderständen auf einem Kupferblock messen? Wenn ihr ein entsprechend starkes Labornetzteil habt, kann man das super machen. Dazu einen Rahmen mit Befestigungsmöglichkeit für den Kühler und ab gehts. Für die Temperaturmessung dann einen NTC in einer Querbohrung im Kupferblock und zusätzlich die Umgebungstemp messen.

https://www.amazon.de/ETOPARS-Drahtwiderstand-Lastwiderstände-Gewindebohrer-Gehäusewiderstand/dp/B0BWXKPXXK/258-0159623-1606835

 

[wern001]

Einfach nach Galinstan googlen und gut ist.
Sobald das etwas mehr von dieser Mischung abweicht ist es nicht mehr bei Zimmertemperatur flüssig.
Jede Wärmeleitfähigkeit von diversen Herstellern die stark von Galinstan abweich sind nur Marketing Phantasiewerte.

Ich verwende schon seit vielen Jahren das Galinstan. 10g Dose kostete 12€

Ich hab den Igor auch schon mal angeschrieben die Flüssigmetallpasten zu testen da die angegebenen Werte extrem von Galinstan abweichen.

 

[CaptainPicard]

@Sharangir Na, wie läuft es? 🖖

 

[wern001]

@CaptainPicard evtl. ist das Flüssigmetallzeug auf MoBo gekommen und hat mehrere gekillt.

PS aus eigener Erfahrung:
Es gibt kein richtiges Reinigungsmittel für Flüssigmetallwärmeleitpaste!
"eingetrocknete" Reste bzw so komische Flecken auf Nickel bekommt man recht gut mit 3-4% Salzsäure weg (nicht bei blankem Kupfer machen)
was auch noch recht gut geht ist MX4 als Poliermittel für den Dremel und dem Filzeinsatz
Hartes Zeug auf blanken Kupfer kann man besten mit einer alten CD/DVD abschaben.

 

[Sharangir]

@Sharangir Na, wie läuft es? 🖖

da läuft noch gar nichts. Das ist eine Studienarbeit, für die die Schüler 10 Monate Zeit haben. Ich wollte da erstmal meine Fühler ausstrecken und ihn nicht blind fliegen lassen.
Als erstes wird jetzt mal ne Disposition verfasst und das Projekt strukturiert.

Mir wurde mitgeteilt, dass das Budget "recht gross" sei... In den Kreisen heisst das wohl 4-stellig..
(Man wollte erst ein "Labor mieten" an der Uni, bis ich angeboten habe, dass wir das auch bei uns an der Schule hinkriegen..)



Die Idee mit dem Kupferblock als Messobjekt gefällt mir. Leider kenne ich mich da zu wenig mit aus und Metallbau liegt mir mal so gar nicht.

Der Einsatz im "Praxisnahen" scheint mir aber nicht abwegig, obschon die Reproduzierbarkeit eben gegeben sein sollte. (Daher meine Frage nach geeigneter Software, um möglichst maximale Abwärme zu generieren)

 

[Sharangir]

So, das Projekt soll jetzt langsam in Fahrt kommen.
Wir werden Galinstan vergleichen mit einigen leicht abgewandelten Legierungen (die nach wie vor flüssig sein sollten) und das ganze dann auch gegen eine käufliche Wärmeleitpaste vergleichen.

Igor verwendet den TIMA5

Dabei kommen zwei Kupferblöcke zum Einsatz, die je drei Temperatursensoren enthalten.
Oben ist ein heizelement, das den oberen Kupferblock aufheizt.
Zwischen den Blöcken wird die Wärmeleitpaste aufgetragen.
Dann kommt der zweiten Block, der mit einem Kühlelement verbunden ist, welches mit 20°C kaltem Wasser kontinuierlich gekühlt wird.
Das System misst dann den Temperaturverlauf über die 6 Sensoren und ermittelt so, wie gut die Wärmeleitpaste die Energie übertragen kann.

Ein praxisnaher Test ist mit kleinem Computer, Stresstest, und Messung der APU/Wassertemp/Umgebungstemp.
Aber das ist umständlich und zeitraubend.


TIMA5 sprengt das Budget für dieses Schulexperiment, aber eine ähnliche Lösung wäre natürlich interessant.

@Tzk hatte empfohlen, einen Heizblock zu verwenden, und an diesem die Temperatur zu messen, oder?
(nur eine Sonde, statt 3, wie im TIMA5) Die Heizelemente dabei mit der exakt gleichen Spannung betreiben, damit der "input" immer fix ist, nehme ich an?
Darauf dann den CPU-Kühler festmachen und die Wasser- und Umgebungstemperatur messen?

Dann hätten wir Temp des Blocks (stellvertretend für CPU), des Kühlmittels, und der Umgebungstemperatur.
Umgebung wird sich nicht ändern, aber wenn der Heizblock kühler ist, bedeutet das, dass die Wärmeleitpaste besser leitet, oder? (das Wasser würde dann etwas wärmer sein, also dT zur Luft kleiner werden)

 

[wern001]

Alle PC-Flüssigmetallpasten basieren auf Galinstan die zum größten Teil ca 90% aus Gallium+Indium und rest Zink gestehen. Gelegentlich auch noch andere Metalle.
Kleinste Änderungen sind ausschlaggebend für den Schmelzpunkt aber weniger bis gar nicht ausschlaggebend für die Wärmeleitfähigkeit.

 

[Sharangir]

Ein wenig viel Werbung für Galinstan, findest du nicht?!

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2589152922003234

habe leider keinen Zugriff auf den vollen Artikel, aber es scheint mir als wäre das gekaufte Galinstan wohl nicht die beste Wahl?!

Verschiedene Legierungen werden bei Raumtemp. noch flüssig sein, aber wir testen nicht ein Dutzend variablen, sondern variieren den Gehalt der einzelnen Metalle nur leicht.

Immerhin reicht es, wenn die Paste bei 20°C flüssig ist. Wir brauchen nicht die geheimen Additive im Galinstan, die den Schmelzpunkt magisch auf -20°C senken, damit es in Thermometern verwendet werden kann.

 

[wern001]

Ich schreib Galinstan einfach nur gern weil es eine Mischung aus Gallium, Indium und Stannum (Zinn) ist und sich irgendwie besser schreib als Flüssigmetallpaste.
Ich glaub nicht das es da eine geheime Zutat gibt, es ist mehr die Zugabe von kleinsten Mengen Zink. Mehr das beste Mischungsverhältnis der Metalle.
Galinstan verhält sich nicht wie Kupfer das eine starke Varianz (280-401) der Wärmeleitfähigkeit hat je nach Reinheit des Metalls

PS:
76% Gallium und 24% Indium schmelzen bei ca 16-18°C

 

[Sharangir]

Das ist mir bewusst. Der Artikel, den ich verlinkt habe, geht ja auch gerade darauf ein, dass in der Literatur sehr oft von "Galinstan" die Rede ist, obschon NICHT Galinstan (R) verwendet wurde, sondern eben eine saubere Legierung aus Ga, In, und Sn, welche deutlich andere Eigenschaften hat, als Galinstan(R), welches man kaufen kann und wo die Zusammensetzung geheimgehalten wird.

Tatsache ist, eine Legierung, die unter 20°C schmilzt, kann ziemlich stark abweichende Anteile an Gallium, Indium, und Zink enthalten.

Das Ziel der Arbeit ist es, ein ideales Verhältnis zu finden und die Resultate zu dokumentieren.

Die Arbeit dient in erster Linie dazu, wissenschaftliches Arbeiten kennenzulernen, zu dokumentieren, und die Resultate auszuwerten.