Благодаря своей высокой стоимости-соотношению производительности, стабильным химическим свойствам и превосходной электроизоляции оксид алюминия стал наиболее широко используемым базовым материалом на рынке теплопроводящих наполнителей. Однако его теплопроводность не является фиксированной величиной, а тесно связана с микро-морфологией порошка, кристаллической структурой (монокристалл/поликристалл) и методом упаковки. От обычных угловатых частиц до тщательно разработанных сферических и чешуйчатых форм, а также к появляющимся полиэдрическим монокристаллам, морфологическая эволюция оксида алюминия последовательно вращается вокруг основной цели: как построить более эффективные сети теплопроводности в полимерной матрице с меньшим содержанием наполнителя.
Сферический глинозем
Сферический оксид алюминия имеет правильную сферическую структуру с размерами частиц обычно от нескольких микрон до нескольких десятков микрон. Учитывая свои характеристики, технологическую зрелость и стоимость, сферический оксид алюминия рассматривается в отрасли как экономически-эффективный теплопроводный порошковый материал с наилучшей общей ценностью.
К его основным преимуществам относятся:
Высокая заполняющая способность:Благодаря своей высокой сферичности и низкой удельной поверхности он обеспечивает высокую-плотность наполнения, в результате чего получаются смеси с низкой вязкостью и хорошей текучестью, которые легко диспергировать до однородного состояния.
Высокая теплопроводность:Его тепловые характеристики тесно связаны с распределением частиц по размерам. Высокая заполняющая способность помогает создавать непрерывные теплопроводящие сети, повышая теплопроводность композитного материала.
Отличная общая производительность:Он обладает отличной электроизоляцией, высокой термической стабильностью, низким коэффициентом теплового расширения и хорошими механическими свойствами, что делает его пригодным для высокопроизводительных-областей, таких как электронная упаковка.
Характеристики низких -лучей:Для специализированных применений, таких как высокотехнологичная упаковка для полупроводников,-можно производить сферический оксид алюминия с содержанием урана, контролируемым ниже 10 частей на миллиард, что эффективно предотвращает мягкие ошибки, вызванные -лучами.
По данным Научно-исследовательского института промышленности Гаогонг, объем мирового рынка теплопроводных порошковых материалов в 2022 году составил 5,04 млрд юаней, при этом на долю сферического теплопроводного порошка оксида алюминия приходилось 50,8% (2,56 млрд юаней). Его основными областями дальнейшего применения являются термоинтерфейсные материалы (48%) и теплопроводные конструкционные пластики (17%).
Процесс подготовки сферического оксида алюминия сложен, в частности, он контролирует фазовый переход оксида алюминия под воздействием высоко-пламенного потока. Помимо фазы -, продукты часто содержат фазы примесей, такие как фазы δ и θ, которые потенциально могут влиять на теплопроводность. Для сравнения:сфероидальный оксид алюминиячастицы имеют приблизительно сферическую форму с небольшими неровностями, обладают высоким содержанием -фаз и их легче производить. Хотя его текучесть и заполняющая способность немного хуже, он обеспечивает хороший баланс между производительностью и стоимостью.
Чешуйчатый глинозем
Flake alumina features a two-dimensional platelet structure with an adjustable aspect ratio (typically >10:1). Радиальный размер зерен обычно находится в диапазоне от 0,5 до 50 мкм, а толщина обычно составляет от 50 до 500 нм. Хорошо-развитые частицы часто имеют правильную гексагональную морфологию.
Ключевые характеристики включают в себя:
Эффективная тепловая сеть:Частицы чешуек легко контактируют друг с другом, образуя тепловые пути «лицом-к-лицу», что приводит к низкому термическому сопротивлению и высокой эффективности теплопередачи.
Прочное межфазное соединение:Гладкая поверхность облегчает соединение с макромолекулярными цепями полимера, создавая сшитую структуру, благоприятную для теплопередачи.
Регулируемый коэффициент теплового расширения:Это помогает улучшить стабильность размеров материалов термоинтерфейса.
Учитывая только теплопроводность, чешуйчатый оксид алюминия, несомненно, является оптимальным выбором. Однако практическое применение часто диктует выбор материала. Чешуйчатый оксид алюминия имеет тенденцию увеличивать вязкость системы полимеров, влияя на технологичность, и склонен к осаждению, что приводит к расслоению материала. Эти факторы предъявляют более высокие требования к процессу формования и являются основными причинами его относительно ограниченного применения в теплопроводящих силиконовых прокладках. Структуру двумерного чешуйчатого оксида алюминия можно получить с помощью таких методов, как вакуумная-фильтрация, горячее прессование или электропрядение, чтобы обеспечить упорядоченную послойную--сборку хлопьев. Это создает эффективные пути теплопроводности в-плоскости, что позволяет проектировать и разрабатывать анизотропные теплопроводящие материалы с высокой-теплопроводностью в плоскости для таких применений, как рассеивание тепла на больших плоских-панелях.
Многогранный глинозем
Многогранный оксид алюминия имеет структуры, подобные октаэдрам или тетрадекаэдрам. Его внешний вид почти сферический, но его поверхность состоит из множества гладких кристаллических граней, а внутренняя часть частицы представляет собой монокристалл.
Основные преимущества:
Монокристаллическая структура:Атомы расположены высокоупорядоченно, без границ зерен, что значительно снижает рассеяние фононов и приводит к высокой собственной теплопроводности.
Лицевая-Контактная теплопроводность:Частицы образуют тепловые сети посредством контакта «лицом-к-лицу», обеспечивая большую площадь теплопередачи и низкое межфазное тепловое сопротивление.
Плотная структура:Он практически не имеет пор и трещин, что сводит к минимуму термическое сопротивление.
Полиэдрический монокристаллический-оксид алюминия превосходит традиционный сферический оксид алюминия как по эффективности теплопроводности, так и по структурной эффективности. Построение тепловых сетей посредством «лицевого контакта» открывает новый путь к прорыву в производительности тепловых путей для термоинтерфейсных материалов (TIM). Он особенно подходит для-высококачественных материалов терморегулирования с чрезвычайно высокими требованиями к теплопроводности.