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Was ist drin? Heatsink, Heatpipe und Kühlfinnen des Rajintek Morpheus in der Materialanalyse | Ausgabe 3

31. August 2023 06:00

Was ist mit den Heatpipes?

Heatpipes sind dafür da, um Wärme sehr effizient von einer Stelle zu einer anderen zu transportieren. Kupfer wird häufig als Material für Heatpipes verwendet, da es eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit hat. Diese Eigenschaft ermöglicht es den Heatpipes, Wärme schnell aufzunehmen und abzugeben, was in zahlreichen Anwendungen wie z.B. in diesem Fall bei der Kühlung Grafikkarten von Bedeutung ist. Im Inneren einer Heatpipe findet man oft ein sogenanntes Kompositmaterial, das als “Wickelstruktur” bezeichnet wird.

Diese Struktur kann aus verschiedenen Materialien wie Kupferdrahtgeflecht, Sintermetall oder anderen kapillaraktiven Materialien bestehen und sie ist dafür verantwortlich, die im Inneren der Heatpipe verdampfte Arbeitsflüssigkeit (oftmals Wasser oder ein spezielles Kühlmittel) zurück zum Wärmequelle zu transportieren, wo sie erneut verdampfen kann. Dadurch wird ein effizienter Kreislauf der Wärmeübertragung geschaffen. Die Wahl des richtigen Kompositmaterials und dessen Struktur ist für die Effizienz einer Heatpipe von entscheidender Bedeutung.

Jetzt muss ich an dieser Stelle einschränken, dass ich das Testobjekt NICHT zerschnitten habe, weil ich es noch im funktionstüchtigen Zustand benötige. Ich kann also alle Schichten der äußeren Hülle testen, will mich aber nicht durchs ganze Kupfer bohren, denn dann wäre auch das benötigte Vakuum verschwunden. Aber (wir sehen es ja auf dem Bild oben) diese Heatpipes sind, wie die Kühlfinnen auch, schwarz beschichtet. Und genau da muss der Kunde und der Leser jetzt durch. Doch vorher schauen wir uns die Oberfläche noch einmal in 2D unter dem Mikroskop an:

Und weil es so schön war, gleich noch einmal in 3D:

Ok, nette Spielerei, doch was ist da eigentlich zusammen aufgeschichtet worden? Hier musste ich schon mehrmals schießen, bis ich wirklich zur eigentlichen Hülle vorgestoßen bin. Man braucht schon mehr als 8 Schüsse, um sich wirklich durch den dicken Überzug durchzulasern. Und selbst dann findet sich immer noch mal was…

Erst nach dem 15. Volltreffer sind wir im reinen Kupfer angelangt. Ich könnte mich jetzt bis zum Inneren durchbohren, würde dann aber die Wickelstruktur irreversibel beschädigen und der Luft Zutritt verschaffen. Der Totalschaden wäre dann aber nicht gewollt, also stoppe ich hier mal. Wenn ich mal einen defekten Kühler finde, hole ich das Aufschneiden natürlich gern nach.

Und nein, das hier ist nicht der Mond samt seiner Krater, sondern es sind zwei Aufschläge meines Lasers. Aber es stimmt schon, das hat durchaus etwas Kosmisches.

Und wohin geht die Abwärme jetzt final? Genau das sagt uns die letzte Seite!

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eastcoast_pete

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937 Kommentare 419 Likes

#1 Aug 31, 2023

Das ist/war interessant, gerne mehr von derartigen Untersuchungen!
Was ich bei dem Kühler nicht ganz verstehe: wozu die schwarze Beschichtung der Kühlfinnen, v.a. wenn die noch die Wärmeabgabe behindert? Warum nicht einfach "Alu Brut", also im original belassen?

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big-maec

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545 Kommentare 300 Likes

#2 Aug 31, 2023

Na ja für zum Ausprobieren ganz schön, aber ich frage mich wie viele ein Rajintek Morpheus Kühler haben und die das dann interessiert?
Hätte es interessanter gefunden, was Gängiges aus der Community zu analysieren. Nehme das mal so mit und warte ab, was da noch so kommt.

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krelog

Veteran

157 Kommentare 38 Likes

#3 Aug 31, 2023

Wie viel µm dringt der Laser denn pro Schuss in das Material ein und ist das vom Material abhängig?

Mir geht es um die Dickenbestimmung von Schichten usw. ob man die daraus ableiten kann.

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Igor Wallossek

9,190 Kommentare 16,041 Likes

#4 Aug 31, 2023

Die jeweilig verdampfte Schicht ist sehr unterschiedlich dick, je nach Material. Aber ich könnte mitz dem Profilometer und x2000 sicher auch die Tiefe messen :)

Deswegen steht ja am Ende (und schon am Anfang) auch die Anregung, mir was vorzuschlagen und ggf. auch mal zum Test zuzuschicken. Das hier ist ein exemplarisches Beispiel. Ich habe z.B. auch AMDs MBA-Kühler analysiert und gemerkt, das KEINER bisher bemerkt hat, dass auch die Hälfte des Bodies aus puren Kupfer besteht und nur der äußere Teil eine Alu-Lösung ist. Haptisch und optisch merkt man das gar nicht. Aber es erklärt die gute Performance... :D

Den gibts auch in Alu. Die Beschichtung ist reine Optik. Stört nicht extrem, aber ohne gehts etwas besser.

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RazielNoir

Veteran

171 Kommentare 42 Likes

#5 Aug 31, 2023

Der Heatspreader einer aktuellen CPU bzw. das Underfill würde zwischen HighEnd und Einsteiger-CPU interessant sein. Vielleicht kann ja Roman hier mit Samples aushelfen, er köpft ja so gern...

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RedF

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3,829 Kommentare 1,922 Likes

#6 Aug 31, 2023

Ich will auch so eines fürs Labor ^^. Würde sich gut für die Fremdkörperanalyse machen.
Werde es auch vorschlagen, mache mir da aber wenig hoffnung.

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Igor Wallossek

9,190 Kommentare 16,041 Likes

#7 Aug 31, 2023

Hatte ich schon in Auftrag gegeben, aber die Muster sind in einem Labor verschollen :(

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S.nase

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984 Kommentare 263 Likes

#8 Aug 31, 2023

Auf passiv belüfteten Alukühlkörpern ist ja oft auch ne schwarze Eloxierung aufgebracht, um die Wärmeabstrahlung zu verbessern. ob die schwarze Beschichtung auf dem Morpheus den gleich Zweck erfüllen kann, oder nur aus optischen Gründen aufgebracht ist, wäre halt meine Frage.

Blankes Alu oxidiert halt ja auch sofort. Und das könnte die schwarze Beschichtung ja auch verhindern. Wobei da ja auch wieder die Frage ist, in wie weit ne oxidierte Aluminiumobfläche die Wärmeabstrahlung reduzieren kann.

Genau das gleiche Problem tritt ja auch in Wasserkühlern oder Radiatoren auf. Verschlächterte die Kupferoxidschicht im Wasserkühler oder Radiator, den Wärmeübertrag zwischen Kupfer und Kühlmittel?

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echolot

Veteran

429 Kommentare 259 Likes

#9 Aug 31, 2023

"Und nein, das hier ist nicht der Mond samt seiner Krater, sondern es sind zwei Aufschläge meines Lasers. Aber es stimmt schon, das hat durchaus etwas Kosmisches." Und die Inder waren derweil auch schon auf dem Mond.

View image at the forums

https://twitter.com/i/web/status/1694328406937112694

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Igor Wallossek

9,190 Kommentare 16,041 Likes

#10 Aug 31, 2023

Also: Aluminiumoxid ist in der auftretenden Stärke kein großes Hindernis. Eloxieren ist ganz gut, Pulverbeschichten (schon wegen der Schichtstärke) eher weniger. Hier ist es ja überwiegend Kohlenstoff, der tuts ganz gut. Aber man hat ja auch bei jeder Schicht noch den Wärmeübergangswiderstand obendrauf.

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DigitalBlizzard

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890 Kommentare 307 Likes

#11 Aug 31, 2023

Die La
Naja, reines Aluminium würde auch oxidieren, nicht rosten, aber bei Sauerstoffkontakt oxidieren, diese natürliche Oxidschicht wird sehr hart und schützt das Aluminium eigentlich, macht aber die Oberfläche rauer und optisch unschön.
Wenn man dann z.B. noch in Gegenden wohnt, wo der Salzanteil in der Luft hoch ist, Nordsee, Ostsee, würde das Aluminium stärker korrodieren, auch beim Anfassen ( salze auf der Haut ) , das geht bis zum Lochfraß, gerade bei sehr dünnen Schichten Alu.
Auch reagiert Aluminium galvanisch z.B. auf Kupfer und da es das unedlere Metall ist, würde Alu zuerst korrodieren.
Sure und Basische Umgebungen unter 4 und über 9 lassen Alu ebenfalls Korrodieren, blankes Alu wäre also nicht die Lösung.

Es gibt ein Verfahren der künstlichen Oxidation, das quasi die schützende Aluminiumoxid Schicht künstlich erzeugt, eloxieren nennt man das, aber auch da bleibt eine Restempfindlichkeit gegen Säuren und Basen.
Man kann es auch Pulverbeschichtet ( also trocken lackieren mit einbrennen, etc.

Bei Kupfer sieht es nochmal anders aus, Kupfer korrodiert vom braun anlaufen bishin zum Grünspan. Kennt man von der Dachrinne oder dem Hamburger Michel.
Das ist ein natürlicher Schutzmechanismus des Metalls, aber man kann es z.B. mit bestimmten Verfahren schützen.

Kupfer ist ein edles Metall, muss aber auch geschützt werden.

Tolles Beispiel ist Rhodium, eine extrem harte Beschichtung aus dem Platinmetall Rhodium, das am Besten schützt vor Korrosion, Oxidation und mechanischen Einflüssen.
Nur leider hält Rhodium nicht auf jedem Metall so einfach, im Prinzip nur auf Gold, Silber und Nickel.

Um Kupfer zu Rhodinieren, muss man es vorher mit Nickel oder Silber beschichten.
Und das Verfahren ist teuer.

Bei den Sockeln / Abnehmern eines Kühlers ist bei guten Modellen der Kupferblock vernickelt, denn auch das schafft eine größere Härte und Korrosionsschutz.
Reines Kupfer wäre zu weich und zu Korrosionsanfällig für eine Verwendung die eine möglichst Ebene zum Wärmetausch voraussetzt.

Im Prinzip würde eine raue Oberfläche die Wärmeleitung begünstigen, weil sie mehr Oberfläche schafft, sie verschlechtertnaber auch die Strömungswiderstände.

Heatpipes können daher innen auch gerne aussehen wie ein gezogener Gewehrlauf, mit gezogenen Rillen das ist gut für die Transportflüssigkeiten und Gase, erleichtert den Energieaustausch, außen am Abnehmer sollte die Fläche aber so eben wie möglich sein, um die sich berührenden und damit aktiven Flächen maximal zu vergrößern.

Die letzten Unebenheiten zwischen CPU und dem Abnehmer werden daher mit Wärmeleitpaste ausgegleichen, um Luft auszuschließen.

Aber da gibt es viele andere Abers:
Kupfer leitet ca 400wmk, Alu ca 230wmk, silber etwa 420wmk, Nickel ca 80wmk, Wärmeleitpaste 6-20wmk, Rhodium ca 150wmk.
Kupfer und Aluminium in direktem Kontakt würden ohne Beschichtung eine galvanische Korrosion begünstigen.

Würde man eine Kupferoberfläche Rhodinieren, wäre das perfekt, hart, korrosionsgeschützt etc. aber man bräuchte silber als "Haftvermittler" oder Nickel.

Silber wäre thermisch perfekt mit etwa der gleichen Leitfähigkeit wie Kupfer, Rhodium wäre mit 150wmk auch noch super.
Das ganze wäre aber ein doppelter Aufwand und sauteuer.
Daher nutzt man nur Nickel, das hat zwar nur rund 80-85wmk, ist aber viel billiger und wird hauchdünn aufgetragen, weswegen der geringe Leitwert nicht so stark zum Tragen kommt aber den Zweck des Korrosionsschutzes und der Oberflachenhärtung erfüllt.

Perfekt wäre natürlich Kupfer, Silber und Rhodium, aber unbezahlbar .

Das erklärt im Übrigen auch, warum ich immer insistiere und dazu rate WLP so dünn und gleichmäßig wie nur möglich zu verwenden, denn eigentlich ist WLP falsch getauft, streng genommen ist es mit dem schlechten wmk wert fast schon eine Isolator, daher wenig, wenig wenig und gleichmäßig.

Eine wesentliche Rolle bei der Ableitung spielt auch das, was in den Heatpipes vorhanden ist, das geht von destilliertem Wasser über Alkohole, Edelgase und Nanopartikel.
Je enger die Temperaturen bei dem die Füllung Gasförmig wird und die Temperaturen der Kondensiert beieinander liegen, desto effizienter wird die Wärme in der Heatpipe transportiert.
Aber auch hier spielen Materialien und Kosten eine Rolle.

Alkoholbasierte Mischungen mit Silbernanopartikeln sind daher sehr gut und gern genommen bei hochwertigen Heatpipes wie sie Noctua, Deepcool, Thermalright und andere verwenden.

Wenn man so eine Heatpipe oben abknipst und es riecht wie am Kneipentresen nach den letzten Kurzen, dann war es eine gute Heatpipe und ihr könnt den Kühler dann wegschmeißen.
Aber man weiß dann wenigstens, dass er gut war.

Also Naturbelassene reine Materialien ohne Beschichtung wären schön, weil die Beschichtungen immer gewisse thermische Nachteile bringen, aber ohne Beschichtungen wären die Haltbarkeit und Wirkfähigkeit schnell dahin.
Optimal wäre es z.B. auch wenn man die Alu Finnen eines Kühlers mit Silberlot an den Heatpipes verlöten würde, das würde das Ergebnis absolut maximieren, aber es wäre sowas von teuer.

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S.nase

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#12 Aug 31, 2023

Welches Lot(Zusammensetzung) zwischen Kühlplatte und Heatpipe verwendet wurde, hat bestimmt mehr Einfluss auf die Kühlleistung. Schließlich ist das ja das Wärmekontaktmedium, um die Heatpipe überhaupt thermisch an die Kühlplatte an zu binden.

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DigitalBlizzard

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#13 Aug 31, 2023

Mein Traumkühler wäre daher ganz einfach ein AK620 mit Heatpipes und Finnen aus Silberbeschichtetem und rhodinieretm Kupfer, Kontaktstellen zwischen Sockel Fuß, Finnen und Heatpipes vollständige mit Silberlot verlötet, der wäre dann nur noch auf horizontalen Boards verwendbar, weil ca 2,5 Kg schwer, und wahrscheinlich bei 300-400€
Aber er wäre geil, der könnte wahrscheinlich bis 180 Watt locker passiv arbeiten

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DigitalBlizzard

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#14 Aug 31, 2023

Ja, theoretisch ist das ein riesen Faktor, auch ob nur punktuell an 2 Punkten verlötet wird oder umlaufend.
Silberlot wäre perfekt und zwar vor dem Rhodinieren, erst alles aus Kupfer, das silberbeschichten, dann silberverlöten, und dann alles rhodinieren.

Ich habe vor gut 20 Jahren des Öfteren HFX passiv HTPC Gehäuse verbaut, mit Kühlrippen außen, innen kamen Kupferheatpipes zum Einsatz, und vernickelte Kupferblöcke die als Abnehmer und Verbinder dienten, aber die Heappipes wurden nur in die Blöcke eingelegt und maximal mit WLP verbunden, das ist natürlich eine ganz schlechte Lösung, optimal wäre es gewesen, nach der Anpassung die Heatpipes in die Blöcke einzulöten.

Das war auch der Grund, warum die nie die Leistung brachten, die möglich gewesen wäre, im Idealfall.

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DigitalBlizzard

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#15 Aug 31, 2023

Hast Du nen Gaschromtographen!? Oder jemanden parat der einen hat, ich wäre ja extrem heiß drauf zu wissen, was sich da verflüchtigt, sobald die Heatpipes aufgezwickt wurden
😂

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DigitalBlizzard

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#16 Aug 31, 2023

Hatte in einem Anderen Forum vor Jahren mal den Fall, da hat einer ein massives Wärmeproblem der CPU gehabt, zig Leute kamen mit WLP zu dick, falsch montiert usw.
Alles nicht der Fall, die CPU kochte, der Kühler blieb kalt. Deepcool Neptwin, also kein schlechter Kühler.
Sein einziger Verdacht war ein chemischer Geruch ähnlich Terpentin.
Dann bat ich um Bilder, bekam sie und ich vermisste sofort sie " Nippel" am Oberen Ende der Heatpipes, die waren flach und gequetscht.

Auf mehrmalige Nachfrage gab er dann zu, die Heatpipes mit dem Seitenschneider gekürzt zu haben, weil das Seitenteil nicht mehr zuging, kühler war zu hoch.
Fall klar, Kühler hin, aber das zeigte eindrücklich wie wichtig die Füllung der Pipes ist, ohne die, ist die Wirkung gleich null.

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Roland83

Veteran

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#17 Aug 31, 2023

Momentan wird aber oft von Dingen geschrieben die es eigentlich nicht gibt oder doch geben könnte xD
Bin schon gespannt was da kommt, hat Nvidia doch die 4090ti aus dem Sack gelassen oder bringt AMD noch einen AM4 59xx, AM5 79xx mit full ccd 3d Cache , die Spannung steigt ins unermessliche und überraschen tut einem ja schon fast gar nichts mehr :D

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DigitalBlizzard

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#18 Aug 31, 2023

Normal, die Dinge die Du heute im Laden kaufst waren schon Monate und Jahre vorher irgendwo und irgendwie in Vorstufen oder Samples unterwegs, Entwicklung, Tests, Marktreife, Herstellung, Design, Verpackung etc dauert alles seine Zeit und dann noch die 3-6 Monate auf See und in Containern.

Es gibt auch immer Mitwisser und deshalb Leaker, manchmal gewollt, oft aber auch nicht.
Die Kunst als Mitwisser ist, die Fresse zu halten, bei uns regeln das Verträge, würde ich etwas zu viel ausplaudern, könnte ich Hartz4 beantragen und mir von dem Geld nen Strick kaufen.

So sah Anfang 2019 die PS5 aus bevor sie auf den Markt kam, da war auch die Kühlung noch gut, beim Serienmodell wurde dann natülich die Starwars Design Optik umgesetzt, zum Nachteil der Kühlung, aber die Hardware war da schon weitestgehend identisch mit der Serie.

Die V Form beherrbergte die Kühlkomponenten, war aber auch gleichzeitig als Symbol für die 5 gedacht, römisch 5 halt

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Und schweigen ist in der Branche GOLD, wenn Igor etwas zu früh oder zu viel ausplaudern würde, könnte auch eine echte Instanz wie er, ganz schnell das "Dauerhaft Geschlossen " Schild raushängen

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RazielNoir

Veteran

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#19 Aug 31, 2023

Dinge die es nicht gibt aber geben könnte....

- Eine GraKa um 500€ im Consumerbereich mit den Daten der RTX A4500 (RAM/WATT) auf Basis AD104 und 2-Slot Design.
- Eine CPU Gen 14 von Intel ohne E-Cores und 10 P-Cores und 64 PCI-Lanes im Consumerbereich ohne Brechstangenstromverbrauch (~TDP 95/Max 150W) oder entsprechendes Gegenstück von AMD
- Ein Mainboard mit 2 mal PCIe x16 in voller Beschaltung und 3 x M.2 im mATX-Format sowie 8+ SATA

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Igor Wallossek

Chefredakteur und Namensgeber von igor'sLAB als inhaltlichem Nachfolger von Tom's Hardware Deutschland, deren Lizenz im Juni 2019 zurückgegeben wurde, um den qualitativen Ansprüchen der Webinhalte und Herausforderungen der neuen Medien wie z.B. YouTube mit einem eigenen Kanal besser gerecht werden zu können.

Computer-Nerd seit 1983, Audio-Freak seit 1979 und seit über 50 Jahren so ziemlich offen für alles, was einen Stecker oder einen Akku hat.

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