EN
Tehnični zahtevki za aluminijev prah, uporabljen v toplotno prevodni silikonski gumi, zajemajo predvsem naslednje vidike:
Kemikalni sestav:
Čistota aluminijevega oksida: vsebnost aluminijevega oksida je na splošno zahtevana najmanj 99,0 %. Za napredne aplikacije se lahko zahteva višja čistota, do 99,5 % ali več.
Vsebina nečistoč: Nečistoče, kot so silicijev dioksid, železov oksid in natrijev oksid, se morajo strogo nadzorovati. Na primer, vsebina ne sme presegati 0,10 %, vsebina ne sme biti večja od 0,03 %, vsebina pa mora ostati pod 0,05 %. Med temi je glavna škodljiva nečistoča, saj lahko negativno vpliva na električne lastnosti silikona.
Vsebina vlage: Vsebina vlage je običajno omejena na 0,10 % ali manj, da se preprečijo negativni učinki med pripravo in uporabo silikona.
Fizikalni parametri:
Velikost delcev: Povprečna velikost delcev naj bo nadzorovana znotraj ustrezno določenega obsega, običajno med 0,1 in 100 μm, kar je odvisno od posebnih zahtev glede uporabe. Na primer, povprečna velikost delcev aluminijevega prahu, uporabljenega v določenih toplotno prevodnih silikonih, znaša od 5 do 10 μm. V drugih primerih se uporablja nanoskalni aluminijev prah z velikostjo delcev običajno okoli 100 nm.
Kristalna struktura:
aluminijev oksid v α-fazi ima heksagonalno kristalno strukturo, ki je najgostejša med vsemi fazami aluminijevega oksida in zagotavlja odlično električno izolacijo ter visoko toplotno prevodnost. Zato za termično prevodne silikonske mešanice običajno zahtevamo vsebino α-faze v aluminijevem oksidu najmanj 95,0 %.
Morfologija: Kristalne morfologije aluminijevega oksida običajno vključujejo črvaste (črvovke), ploščatke in krogle. Trenutno so kroglasti delci aluminijevega oksida glavna izbira za polnjenje izolacijskih materialov z visoko toplotno prevodnostjo. Zaradi nižje površinske energije se kroglasti delci enakomerno razpršijo v matriki, omogočajo visoke stopnje polnjenja, znižujejo viskoznost sistema in izboljšujejo gibljivost silikona.
Vrednost absorpcije olja: Vrednost absorpcije olja vpliva na mešalno združljivost med praškom aluminijevega oksida in silikonsko matriko. Ta vrednost se razlikuje glede na različne kakovostne razrede izdelka, vendar je običajno zahtevana v območju od 12 do 26 g/100 g.
Površinske lastnosti:
Sprememba površine: Nespremenjena aluminijeva oksida kaže močno površinsko polarost, kar otežuje enakomerno razpršitev v polimernih matrikah. Visoke količine naložitve lahko prav tako povzročijo povečano viskoznost in znižane mehanske lastnosti silikonskega gume. Zato je običajno potrebna spreminjanje površine aluminijevega praška. Silan-kopirni agenti so najpogosteje uporabljani modifikacijski agenti. Ta obdelava zmanjša površinsko polarost aluminijeve okside in izboljša njeno združljivost ter razpršljivost v silikonski matriki, s čimer izboljša tako toplotno prevodnost kot tudi mehanske lastnosti silikonskega izdelka.
Vpliv velikosti delcev na zmogljivost
Velikost delcev je eden od ključnih dejavnikov, ki vplivajo na toplotne, mehanske in obdelovalne lastnosti toplotno prevodnega silikona. Različni obsegi velikosti delcev imajo različne učinke – od mikroskopskih struktur pakiranja do makroskopskih lastnosti končne uporabe – kot je podrobneje opisano spodaj:
Vpliv na toplotne lastnosti
To je najpomembnejši dejavnik, kjer leži osnovna logika v tem, kako velikost delcev določa učinkovitost tvorbe toplotnih prevodnih poti.
Aluminijev oksid z velikimi delci (10–100 μm): Veliki delci imajo med seboj manj stičnih točk in daljše posamezne prevodne poti. Po napolnjenju je zveznost toplotne mreže relativno slaba, kar povzroči omejeno izboljšanje toplotne prevodnosti. Vendar veliki delci zasedejo glavne praznine znotraj silikonske matrike in tako ustvarijo osnovno strukturo za nadaljnje napolnjevanje z manjšimi delci.
Aluminijev oksid s srednje velikimi delci (1–10 μm): Kot glavna izbira za toplotno prevodne silikone srednje veliki delci ponujajo uravnoteženo velikost, ki omogoča tvorbo relativno zveznih toplotnih verig znotraj matrike ter hkrati zapolnjuje razpoke med večjimi delci. Ko se uporabljajo skupaj z drugimi velikostmi delcev, znatno povečajo gostoto toplotnih poti in zagotavljajo optimalno toplotno prevodnost.
Majhni / nanoskalski aluminijevi praški (0,1–1 μm): Nanoskalske delce zaznamuje visoka specifična površina in visoka površinska energija, zaradi česar so nagnjeni k aglomeraciji. Slaba disperzija lahko povzroči toplotne »otroke«, ki zmanjšajo toplotno učinkovitost. Vendar pa ti izjemno drobni delci pri pravilni disperziji zapolnijo mikroskopske praznine med srednje velikimi in velikimi delci ter tako ustvarijo gostejšo toplotno omrežje, kar znatno poveča skupno toplotno prevodnost.
Vpliv na obdelovalno zmogljivost
Obdelovalna zmogljivost se predvsem kaže v viskoznosti in tekočosti silikona, kar neposredno vpliva na proizvodne postopke, kot so mešanje, oblikovanje in premazovanje.
Velika velikost delcev: Veliki delci imajo manjšo specifično površino in manjšo stično površino z silikonsko matriko, kar povzroči nizko viskoznost sistema in odlično tekočnost. To omogoča lažje doseči visoko obremenitev s polnilom in je primerno za formulacijo toplotno prevodnih silikonskih ploščic in toplotnih masti, ki zahtevajo nanositev na velikih površinah.
Mali / nanoskalni delci: Zaradi visoke specifične površine in močne površinske polaritete se mali/nanoskalni delci močno medsebojno delujejo z silikonsko matriko. To povzroči ostro povečanje viskoznosti sistema in slabo tekočnost, kar procesiranje oteži. Za znižanje viskoznosti in izboljšanje obdelovalnosti je običajno potrebna površinska modifikacija (npr. obdelava s silan-kopulacijskim agentom).
Vpliv na mehanske lastnosti
Mehanske lastnosti toplotno prevodnih silikonov – kot so natezna trdnost, raztezek ob pretrganju in trdota – so tesno povezane z velikostjo delcev aluminijevega oksida.
Velika velikost delcev: Veliki delci kažejo šibkejše medfazno vezavo z silikonsko matriko in se pogosto obnašajo kot točke koncentracije napetosti. To vodi do zmanjšanja trdnosti pri natezanju in raztezka ob pretrganju ter hkrati do višje trdote in zmanjšane gibljivosti.
Mali / nanoskalni delci: Ko so enakomerno razpršeni, majhni delci pomagajo enakomerno porazdeliti napetost in tvorijo tesnejšo medfazno vezavo z matriko. To znatno izboljša trdnost pri natezanju in trdnost proti trganiu silikona, hkrati pa ohrani dobro gibljivost. Nasprotno pa bodo aglomerirani nanodelci poslabšali razgradnjo mehanskih lastnosti.
Vpliv na električno izolacijo in videz
Električna izolacija: Alfa-fazni aluminijev oksid naravno izkazuje odlične izolacijske lastnosti, zato velikost delcev nima neposrednega vpliva na električno izolacijo. Če se nanodelci skupaj združijo, pa lahko nastali mikroprazni prostori med delci nekoliko zmanjšajo prostorsko upornost. Nasprotno pa enakomerno razporejeni večji delci zagotavljajo bolj stabilne izolacijske lastnosti.
Videz: Toplotno prevodni silikonski material, ki vsebuje manjše delce, ima jemljivejšo in gladkejšo površino, kar ga naredi idealnega za pakiranje visoko natančnih elektronskih komponent. Večji delci pa povzročajo gršo teksturo površine in manjši sijaj.
V praksi pri proizvodnji redko uporabljajo le eno velikost delcev aluminijevega praška. Namesto tega običajno uporabljajo večmodalno porazdelitev velikosti (»veliki + srednji + majhni«). Ta pristop maksimizira toplotno prevodnost, hkrati pa uravnoteži viskoznost sistema in mehanske lastnosti, da se izpolnijo zahteve različnih aplikacijskih scenarijev.
Da odkrijete, kako lahko naše specializirani aluminijevi praški izboljšajo vaše toplotne medsečne materiale, nas obiščite že danes na www.greatsunaopeng.com .
