Краткий обзор нашей оксидно-алюминиевой порошковой смеси для термопроводящих силиконов

Технические требования к оксидно-алюминиевой порошковой смеси, используемой в термопроводящих силиконах, в первую очередь включают следующие аспекты:

Химический состав:

Чистота оксида алюминия: содержание оксида алюминия обычно должно составлять не менее 99,0 %. Для высокотехнологичных применений может требоваться более высокая чистота — до 99,5 % и выше.

Содержание примесей: Примеси, такие как диоксид кремния, оксид железа (III) и оксид натрия, должны строго контролироваться. Например, содержание не должно превышать 0,10 %, содержание должно быть не более 0,03 %, а содержание должно оставаться ниже 0,05 %. Среди них — основная вредная примесь, поскольку она может негативно влиять на электрические характеристики силикона.

Содержание влаги: Содержание влаги обычно ограничивается 0,10 % или менее, чтобы предотвратить негативное влияние на процесс приготовления и применения силикона.

Физические параметры:

Размер частиц: Средний размер частиц должен поддерживаться в соответствующем диапазоне, обычно от 0,1 до 100 мкм, в зависимости от конкретных требований применения. Например, средний размер частиц порошка оксида алюминия, используемого в некоторых теплопроводящих силиконах, составляет от 5 до 10 мкм. В других случаях применяется наноразмерный порошок оксида алюминия со средним размером частиц обычно около 100 нм.

Кристаллическая структура:

α-фаза оксида алюминия обладает гексагональной кристаллической структурой, которая является наиболее плотной среди различных фаз оксида алюминия и обеспечивает превосходную электрическую изоляцию и высокую теплопроводность. Следовательно, порошок оксида алюминия для термопроводящих силиконов, как правило, требует содержание α-фазы не менее 95,0 %.

Морфология: Кристаллические морфологии оксида алюминия обычно включают червеобразную (червеподобную), чешуйчатую и сферическую формы. В настоящее время сферический оксид алюминия является основным выбором для наполнения высокотермопроводных изоляционных материалов. Благодаря более низкой поверхностной энергии сферические частицы равномерно распределяются в матрице, позволяют достичь высокого уровня наполнения, снижают вязкость системы и повышают эластичность силикона.

Показатель поглощения масла: Показатель поглощения масла влияет на совместимость смешивания порошка оксида алюминия с силиконовой матрицей. Значение этого показателя варьируется в зависимости от марки продукта, однако в целом оно должно находиться в диапазоне от 12 до 26 г/100 г.

Свойства поверхности:

Модификация поверхности: немодифицированный оксид алюминия обладает высокой поверхностной полярностью, что затрудняет его равномерное диспергирование в полимерных матрицах. Высокие концентрации наполнителя также могут приводить к повышению вязкости и ухудшению механических свойств силиконовой резины. Поэтому модификация поверхности порошка оксида алюминия обычно необходима. Наиболее часто применяемыми агентами модификации являются силановые связующие. Такая обработка снижает поверхностную полярность оксида алюминия и повышает его совместимость и диспергируемость в силиконовой матрице, тем самым улучшая как теплопроводность, так и механические характеристики силиконового продукта.

Влияние размера частиц на эксплуатационные характеристики

Размер частиц является одним из ключевых факторов, определяющих тепловые, механические и технологические свойства теплопроводной силиконовой композиции. Различные диапазоны размеров частиц оказывают разное влияние — от микроскопической упаковки частиц до макроскопических эксплуатационных характеристик конечного изделия, как подробно описано ниже:

Влияние на тепловые характеристики

Это наиболее критичный фактор, в основе которого лежит ключевая логика: размер частиц определяет эффективность формирования теплопроводящих путей.

Порошок оксида алюминия с крупным размером частиц (10–100 мкм): у крупных частиц меньше точек контакта друг с другом и длиннее индивидуальные пути теплопроводности. После заполнения непрерывность тепловой сети относительно низка, что приводит к ограниченном улучшении теплопроводности. Однако крупные частицы занимают основные пустоты внутри силиконовой матрицы, создавая базовую структуру для последующего заполнения более мелкими частицами.

Порошок оксида алюминия со средним размером частиц (1–10 мкм): как основной выбор для термопроводящих силиконов, частицы среднего размера обеспечивают сбалансированный размер, позволяющий формировать относительно непрерывные теплопроводящие цепи внутри матрицы и одновременно заполнять промежутки между более крупными частицами. При использовании в сочетании с частицами других размеров они значительно повышают плотность теплопроводящих путей, обеспечивая оптимальную теплопроводность.

Мелкий / наноразмерный порошок оксида алюминия (0,1–1 мкм): наноразмерные частицы обладают высокой удельной поверхностью и высокой поверхностной энергией, что делает их склонными к агломерации. Плохая дисперсия может привести к образованию тепловых «островков», снижающих тепловую эффективность. Однако при правильной дисперсии эти ультрамелкие частицы заполняют микроскопические пустоты между частицами среднего и крупного размера, формируя более плотную теплопроводящую сеть, что значительно повышает общую теплопроводность.

Влияние на технологические характеристики

Технологические характеристики проявляются в основном в вязкости и текучести силикона и напрямую влияют на такие производственные процессы, как смешивание, формование и нанесение покрытий.

Большой размер частиц: У крупных частиц меньшая удельная поверхность и меньшая площадь контакта с силиконовой матрицей, что приводит к низкой вязкости системы и отличной текучести. Это облегчает достижение высокой загрузки наполнителя и делает такие частицы пригодными для формирования термопроводящих силиконовых прокладок и термопаст, предназначенных для нанесения на большие площади.

Мелкие / наноразмерные частицы: Благодаря высокой удельной поверхности и сильной поверхностной полярности мелкие / наноразмерные частицы сильно взаимодействуют с силиконовой матрицей. Это вызывает резкий рост вязкости системы и снижение текучести, усложняя переработку. Обычно требуется модификация поверхности (например, обработка силановыми связующими агентами), чтобы снизить вязкость и улучшить перерабатываемость.

Влияние на механические свойства

Механические свойства термопроводящего силикона — такие как прочность на разрыв, относительное удлинение при разрыве и твёрдость — тесно связаны с размером частиц порошка оксида алюминия.

Большой размер частиц: Крупные частицы демонстрируют более слабое межфазное сцепление с силиконовой матрицей и склонны выступать в роли точек концентрации напряжений. Это приводит к снижению как предела прочности при растяжении, так и относительного удлинения при разрыве, а также к повышению твёрдости и снижению гибкости.

Мелкие / наноразмерные частицы: При равномерном распределении мелкие частицы способствуют равномерному распределению напряжений и образованию более плотного межфазного сцепления с матрицей. Это значительно повышает предел прочности при растяжении и сопротивление разрыву силикона, сохраняя при этом хорошую гибкость. Напротив, агломерированные наночастицы усугубят деградацию механических свойств.

Влияние на электрическую изоляцию и внешний вид

Электрическая изоляция: α-фазный оксид алюминия обладает исключительно высокими изоляционными свойствами, поэтому размер частиц практически не влияет напрямую на электрическую изоляцию. Однако при агломерации наночастиц между ними образуются микропоры, которые могут несколько снизить объёмное удельное электрическое сопротивление. В то же время равномерно распределённые крупные частицы обеспечивают более стабильные изоляционные характеристики.

Внешний вид: термопроводящий силикон, содержащий мелкие частицы, имеет более тонкую и гладкую поверхность, что делает его идеальным для упаковки высокоточных электронных компонентов. Напротив, крупные частицы приводят к шероховатой текстуре поверхности и снижению её блеска.

На практике в производстве редко используется оксид алюминия с единственным размером частиц. Обычно применяется многомодальное распределение размеров («крупные + средние + мелкие»). Такой подход обеспечивает максимальную теплопроводность при одновременном балансе вязкости состава и механических свойств, что позволяет удовлетворять требования различных областей применения.

Чтобы узнать, как наши специализированные порошки оксида алюминия могут повысить эффективность ваших термоинтерфейсных материалов, посетите нас сегодня на www.greatsunaopeng.com .