En kort översikt över vårt aluminiumoxidpulver för värmeledande silikon

De tekniska kraven på aluminiumoxidpulver som används i värmeledande silikon omfattar främst följande aspekter:

Kemisk sammansättning:

Renhet av aluminiumoxid: Aluminiumoxidenhalten krävs vanligen att vara minst 99,0 %. För högpresterande applikationer kan en högre renhet krävas, upp till 99,5 % eller mer.

Föroreningsinnehåll: Föroreningar såsom kiseldioxid, järnoxid och natriumoxid måste strikt kontrolleras. Till exempel får innehållet inte överskrida 0,10 %, innehållet får inte vara större än 0,03 % och innehållet måste ligga under 0,05 %. Av dessa är en huvudsaklig skadlig förorening, eftersom den kan påverka silikons elektriska egenskaper negativt.

Fukthalt: Fukthalten är vanligtvis begränsad till 0,10 % eller mindre för att förhindra negativa effekter under framställning och användning av silikon.

Fysiska parametrar:

Partikelstorlek: Den genomsnittliga partikelstorleken bör kontrolleras inom ett lämpligt intervall, vanligtvis mellan 0,1 och 100 μm, beroende på de specifika applikationskraven. Till exempel ligger den genomsnittliga partikelstorleken för aluminiumoxidpulver som används i vissa värmeledande silikoner mellan 5 och 10 μm. I andra fall används nanoskaligt aluminiumoxidpulver med en partikelstorlek som vanligtvis är cirka 100 nm.

Kristallstruktur:

α-fas aluminiumoxid har en hexagonal kristallstruktur, vilket är den tätaste bland de olika aluminiumoxidfaserna och ger utmärkt elektrisk isolering samt hög termisk ledningsförmåga. Därför krävs det vanligtvis att aluminiumoxidpulver för värmeledande silikon innehåller minst 95,0 % α-fas.

Morfologi: Kristallmorfologin för aluminiumoxid inkluderar vanligtvis maskliknande (vermikulär), fläktdelad och sfärisk form. För närvarande är sfärisk aluminiumoxid det främsta valet för fyllning av isolerande material med hög termisk ledningsförmåga. På grund av dess lägre ytenergi sprids sfäriska partiklar jämnt i matrisen, möjliggör höga fyllnivåer, minskar systemets viskositet och förbättrar silikonets flexibilitet.

Oljeabsorptionsvärde: Oljeabsorptionsvärdet påverkar blandningskompatibiliteten mellan aluminiumoxidpulvret och silikonmatrisen. Värdet varierar mellan olika produktsorter men krävs i allmänhet att ligga mellan 12 och 26 g/100 g.

Ytsegenskaper:

Ytmodifiering: Omodifierad aluminiumoxid visar stark ytspolaritet, vilket gör det svårt att dispergera jämnt i polymermatriser. Höga fyllnadsnivåer kan också leda till ökad viskositet och försämrad mekanisk prestanda i silikonrubber. Därför krävs ytmodifiering av aluminiumoxidpulver vanligtvis. Silan-kopplingsmedel är de vanligast använda modifieringsmedlen. Denna behandling minskar ytspolariteten hos aluminiumoxid och förbättrar dess kompatibilitet och dispergerbarhet i silikonmatrisen, vilket därmed förbättrar både värmeledningsförmågan och den mekaniska prestandan hos silikonprodukten.

Påverkan av partikelstorlek på prestanda

Partikelstorlek är en av de centrala faktorerna som påverkar den termiska, mekaniska och bearbetningsrelaterade prestandan hos värmeledande silikon. Olika partikelstorleksområden har olika effekter – från mikroskopiska packningsstrukturer till makroskopisk prestanda i slutanvändning – enligt nedan:

Påverkan på termisk prestanda

Detta är den mest avgörande faktorn, där kärnlogiken ligger i hur partikelstorleken bestämmer effektiviteten hos bildandet av värmeledningsvägar.

Aluminiumoxidpulver med stor partikelstorlek (10–100 μm): Stora partiklar har färre kontaktpunkter mellan sig och längre enskilda ledningsvägar. Efter fyllning är kontinuiteten i det termiska nätverket relativt dålig, vilket leder till begränsad förbättring av värmeledningsförmågan. Stora partiklar fyller dock de största tomrummen i silikonmatrisen och skapar en grundstruktur för efterföljande fyllning med mindre partiklar.

Aluminiumoxidpulver med mellanstor partikelstorlek (1–10 μm): Som det vanligaste valet för värmeledande silikon erbjuder partiklar av mellanstorlek en balanserad storlek som bildar relativt sammanhängande termiska kedjor inom matrisen samtidigt som de fyller luckorna mellan större partiklar. När de används tillsammans med partiklar av andra storlekar ökar de betydligt tätheten av termiska vägar, vilket ger optimal värmeledningsförmåga.

Liten / nanoskalig aluminiumoxidpulver (0,1–1 μm): Nanoskaliga partiklar har en hög specifik yta och hög ytenergi, vilket gör dem benägna att agglomerera. Dålig dispersion kan leda till termiska "öar" som minskar den termiska effektiviteten. När dessa ultrafina partiklar dock disperseras korrekt fyller de de mikroskopiska tomrummen mellan medelstora och stora partiklar, vilket skapar ett tätare termiskt nätverk som avsevärt förbättrar den totala termiska ledningsförmågan.

Påverkan på bearbetningsprestanda

Bearbetningsprestanda återspeglas främst i silikons viskositet och fluiditet, vilket direkt påverkar processer såsom blandning, formning och beläggning under produktionen.

Stor partikelstorlek: Stora partiklar har en mindre specifik yta och mindre kontaktarea med silikonmatrisen, vilket resulterar i låg systemviskositet och utmärkt fluiditet. Detta gör det lättare att uppnå hög fyllnadsgrad, vilket gör dem lämpliga för formuleringsändamål av värmeledande silikonplattor och termiska kittmassor som kräver applicering över stora ytor.

Små/nanoskala partiklar: På grund av sin höga specifika yta och starka ytspolaritet interagerar små/nanoskala partiklar kraftfullt med silikonmatrisen. Detta orsakar en skarp ökning av systemviskositeten och dålig fluiditet, vilket gör bearbetningen mer utmanande. Ytmodifiering (till exempel behandling med silan-kopplingsmedel) krävs vanligtvis för att sänka viskositeten och förbättra bearbetbarheten.

Påverkan på mekaniska egenskaper

De mekaniska egenskaperna hos värmeledande silikon—till exempel draghållfasthet, töjning vid brist och hårdhet—är nära kopplade till partikelstorleken hos aluminiumoxidpulvret.

Stor partikelstorlek: Stora partiklar uppvisar svagare gränsytsbindning med silikonmatrisen och tenderar att fungera som spänningskoncentrationspunkter. Detta leder till en minskning av både draghållfasthet och töjning vid bristning, tillsammans med högre hårdhet och minskad flexibilitet.

Små / nanoskala partiklar: När de är jämnt fördelade hjälper små partiklar till att sprida spänningen jämnt och bildar tätare gränsytsbindning med matrisen. Detta förbättrar kraftigt både draghållfastheten och slitstyrkan hos silikonet samtidigt som god flexibilitet bibehålls. Omvändt kommer agglomererade nanopartiklar att försämra mekaniska egenskaper i större utsträckning.

Påverkan på elektrisk isolering och utseende

Elektrisk isolering: $\alpha$-fas aluminiumoxid har från början utmärkta isolerande egenskaper, så partikelstorlek påverkar elektrisk isolering knappast direkt. Om nanopartiklar dock agglomererar kan de mikroskopiska tomrummen mellan partiklarna något minska volymresistiviteten. Å andra sidan ger jämnt fyllda stora partiklar mer stabil isoleringsprestanda.

Utseende: Värmekonduktiv silikonformulering med mindre partiklar ger en finare, slätare ytyta, vilket gör den idealisk för högprecisionssammansättning av elektroniska komponenter. Större partiklar däremot ger en grovare ytstruktur och lägre glans.

I praktisk tillverkning används sällan endast en enskild partikelstorlek av aluminiumoxidspulver. Istället används vanligtvis en multimodal storleksfördelning ("Stor + Mellanstor + Liten"). Detta tillvägagångssätt maximerar värmeledningsförmågan samtidigt som systemets viskositet och mekaniska egenskaper balanseras för att uppfylla kraven i olika applikationsscenarier.

För att ta reda på hur våra specialiserade aluminiumoxidpulver kan förbättra dina termiska gränsskiktmaterial, besök oss idag på www.greatsunaopeng.com .