Wykorzystując wysoki stosunek kosztów-do wydajności, stabilne właściwości chemiczne i doskonałą izolację elektryczną, tlenek glinu stał się najczęściej stosowanym materiałem bazowym na rynku wypełniaczy przewodzących ciepło. Jednak jego przewodność cieplna nie jest wartością stałą, ale jest ściśle powiązana z mikro-morfologią proszku, strukturą kryształów (pojedynczy kryształ/polikrystaliczny) i metodą pakowania. Od konwencjonalnych cząstek kątowych po skrupulatnie zaprojektowane kształty kuliste i płatkowe, a także pojawiające się wielościenne monokryształy, ewolucja morfologiczna tlenku glinu konsekwentnie koncentruje się wokół głównego celu: sposobu konstruowania bardziej wydajnych sieci przewodzenia ciepła w matrycy polimerowej z mniejszą zawartością wypełniacza.
Sferyczny tlenek glinu
Sferyczny tlenek glinu ma regularną strukturę kulistą, a wielkość cząstek zwykle waha się od kilku mikronów do kilkudziesięciu mikronów. Biorąc pod uwagę jego wydajność, dojrzałość technologiczną i koszt, sferyczny tlenek glinu jest uważany w branży za-opłacalny materiał proszkowy przewodzący ciepło o najlepszej ogólnej wartości.
Do jego głównych zalet należą:
Wysoka pojemność napełniania:Ze względu na wysoką kulistość i małą powierzchnię właściwą umożliwia-napełnianie o dużej gęstości, w wyniku czego powstają mieszaniny o niskiej lepkości i dobrej płynności, które łatwo się równomiernie rozprowadzają.
Wysoka przewodność cieplna:Jego właściwości termiczne są ściśle powiązane z rozkładem wielkości cząstek. Wysoka zdolność wypełniania pomaga w konstruowaniu ciągłych sieci przewodzących ciepło, poprawiając przewodność cieplną materiału kompozytowego.
Doskonała ogólna wydajność:Posiada doskonałą izolację elektryczną, wysoką stabilność termiczną, niski współczynnik rozszerzalności cieplnej i dobre właściwości mechaniczne, dzięki czemu nadaje się do- dziedzin o wysokich parametrach, takich jak opakowania elektroniczne.
Charakterystyka niskiego -promieniowania:Do specjalistycznych zastosowań, takich jak-wysokiej klasy opakowania półprzewodników, można wytwarzać sferyczny tlenek glinu z zawartością uranu kontrolowaną poniżej 10 ppb, skutecznie zapobiegając miękkim błędom powodowanym przez -promieniowanie.
Według danych Instytutu Badań Przemysłowych Gaogong wielkość globalnego rynku proszkowych materiałów przewodzących ciepło wyniosła w 2022 r. 5,04 miliarda RMB, z czego 50,8% (2,56 miliarda RMB) stanowił sferyczny proszek przewodzący ciepło z tlenku glinu. Jego głównymi dalszymi zastosowaniami są materiały termoprzewodzące (48%) i konstrukcyjne tworzywa sztuczne przewodzące ciepło (17%).
Proces przygotowania sferycznego tlenku glinu jest złożony i dotyczy w szczególności kontrolowania przejścia fazowego tlenku glinu w-przepływie płomienia w wysokiej temperaturze. Oprócz fazy - produkty często zawierają fazy zanieczyszczeń, takie jak fazy δ i θ, które mogą potencjalnie wpływać na przewodność cieplną. Wobec,sferoidalny tlenek glinucząstki są w przybliżeniu kuliste z niewielkimi nieregularnościami, mają wysoką zawartość fazy - i są łatwiejsze do wytworzenia. Chociaż jego płynność i zdolność wypełniania są nieco gorsze, zapewnia dobrą równowagę pomiędzy wydajnością i kosztami.
Płatki tlenku glinu
Flake alumina features a two-dimensional platelet structure with an adjustable aspect ratio (typically >10:1). Promieniowy wymiar ziaren na ogół mieści się w zakresie od 0,5 do 50 µm, a grubość wynosi zazwyczaj od 50 do 500 nm. Dobrze-rozwinięte cząstki często wykazują regularną morfologię sześciokątną.
Kluczowe cechy obejmują:
Wydajna sieć cieplna:Cząsteczki płatków łatwo stykają się ze sobą, tworząc-twarzą w-twarze ścieżki termiczne, co skutkuje niskim oporem cieplnym i wysoką wydajnością wymiany ciepła.
Silne wiązanie międzyfazowe:Gładka powierzchnia ułatwia łączenie się z łańcuchami makromolekularnymi polimeru, tworząc usieciowaną strukturę korzystną dla wymiany ciepła.
Regulowany współczynnik rozszerzalności cieplnej:Pomaga to poprawić stabilność wymiarową materiałów interfejsu termicznego.
Biorąc pod uwagę samą przewodność cieplną, płatkowy tlenek glinu jest niewątpliwie optymalnym wyborem. Jednak praktyczne zastosowania często dyktują wybór materiału. Tlenek glinu płatkowego ma tendencję do zwiększania lepkości układu w polimerach, wpływając na przetwarzalność i jest podatny na osiadanie, co prowadzi do rozwarstwiania materiału. Czynniki te nakładają wyższe wymagania na proces formowania i są głównymi przyczynami jego stosunkowo ograniczonego zastosowania w termoprzewodzących podkładkach silikonowych. Dwuwymiarowy tlenek glinu w płatkach można zaprojektować strukturalnie przy użyciu technik takich jak-filtracja wspomagana próżniowo, prasowanie na gorąco lub elektroprzędzenie w celu uzyskania uporządkowanego układania płatków-w-warstwach. Tworzy to efektywne-płaskie ścieżki przewodzenia ciepła, umożliwiając projektowanie i opracowywanie anizotropowych materiałów przewodzących ciepło o wysokiej-płaskiej przewodności cieplnej do zastosowań takich jak rozpraszanie ciepła-na dużych płaskich panelach.
Wielościenny tlenek glinu
Wielościenny tlenek glinu ma struktury takie jak ośmiościany lub czworościany. Jego wygląd jest prawie kulisty, ale jego powierzchnia składa się z wielu gładkich kryształowych ścianek, a wnętrze cząsteczki jest pojedynczym kryształem.
Podstawowe zalety to:
Struktura pojedynczego kryształu:Atomy są ułożone w sposób wysoce uporządkowany, bez granic ziaren, co znacznie zmniejsza rozpraszanie fononów i skutkuje wysoką wewnętrzną przewodnością cieplną.
Twarz-kontaktowe przewodnictwo cieplne:Cząsteczki tworzą sieci termiczne poprzez kontakt „twarzą w twarz”-twarzą w twarz, zapewniając dużą powierzchnię wymiany ciepła i niski międzyfazowy opór cieplny.
Gęsta struktura:Jest prawie pozbawiony porów i pęknięć, co minimalizuje opór cieplny.
Wielościenny monokrystaliczny tlenek glinu- przewyższa tradycyjny sferyczny tlenek glinu zarówno pod względem przewodności cieplnej, jak i wydajności strukturalnej. Konstruując sieci termiczne poprzez „kontakt twarzowy”, oferuje nową drogę do przełomowych rozwiązań w zakresie ścieżek termicznych dla materiałów termoprzewodzących (TIM). Szczególnie nadaje się do-wysokiej jakości materiałów zapewniających właściwości termiczne, o niezwykle rygorystycznych wymaganiach dotyczących przewodności cieplnej.