کروی، پولکی یا چند وجهی؟ کدام آلومینا رسانایی حرارتی برتری را ارائه می دهد؟

آلومینا با استفاده از نسبت عملکرد{0}هزینه بالا، خواص شیمیایی پایدار، و عایق الکتریکی عالی، به پرکاربردترین ماده پایه در بازار پرکننده های رسانای حرارتی تبدیل شده است. با این حال، رسانایی حرارتی آن یک مقدار ثابت نیست، اما ارتباط نزدیکی با میکرو{2}}مورفولوژی، ساختار کریستالی (تک کریستال/پلی کریستال) و روش بسته بندی دارد. تکامل مورفولوژیکی آلومینا از ذرات زاویه‌ای معمولی گرفته تا اشکال کروی و پوسته‌ای با طراحی دقیق، و بیشتر از تک بلورهای چندوجهی در حال ظهور، به طور مداوم حول یک هدف اصلی می‌چرخد: نحوه ساخت شبکه‌های رسانش گرما کارآمدتر در یک ماتریس پلیمری با بارهای پرکننده کمتر.

آلومینا کروی
آلومینا کروی دارای ساختار کروی منظمی است که اندازه ذرات معمولاً از چند میکرون تا چند ده میکرون متغیر است. آلومینا کروی با توجه به عملکرد، بلوغ تکنولوژیکی و هزینه آن، توسط صنعت به عنوان ماده پودری رسانای حرارتی مقرون به صرفه با بهترین ارزش کلی در نظر گرفته می‌شود.

مزایای اصلی آن عبارتند از:

ظرفیت پر کردن بالا:به دلیل کروییت بالا و سطح ویژه کم، پر کردن با چگالی بالا{0} را امکان پذیر می کند و در نتیجه مخلوط هایی با ویسکوزیته کم و سیالیت خوب ایجاد می کند که به راحتی به طور یکنواخت پراکنده می شوند.

رسانایی حرارتی بالا:عملکرد حرارتی آن ارتباط نزدیکی با توزیع اندازه ذرات دارد. ظرفیت پر کردن بالا به ساخت شبکه های رسانای حرارتی پیوسته کمک می کند و رسانایی حرارتی مواد کامپوزیت را افزایش می دهد.

عملکرد کلی عالی:دارای عایق الکتریکی عالی، پایداری حرارتی بالا، ضریب انبساط حرارتی پایین و خواص مکانیکی خوب است که آن را برای زمینه‌های{0} عملکرد بالا مانند بسته‌بندی الکترونیکی مناسب می‌کند.

ویژگی های کم اشعه -:برای کاربردهای تخصصی مانند بسته‌بندی نیمه‌رساناهای پیشرفته، آلومینا کروی را می‌توان با محتوای اورانیوم کنترل‌شده زیر 10ppb تولید کرد که به‌طور مؤثری از خطاهای نرم ناشی از -پرتوها جلوگیری می‌کند.

بر اساس داده‌های موسسه تحقیقاتی صنعت گائوگونگ، اندازه بازار جهانی مواد پودر رسانای حرارتی در سال 2022 5.04 میلیارد RMB بود که پودر رسانای حرارتی آلومینا کروی 50.8٪ (2.56 میلیارد RMB) بود. کاربردهای اصلی پایین دست آن مواد رابط حرارتی (48%) و پلاستیک های مهندسی رسانای حرارتی (17%) هستند.

فرآیند آماده‌سازی آلومینا کروی پیچیده است، به‌ویژه کنترل انتقال فاز آلومینا تحت جریان شعله با دمای بالا-. علاوه بر فاز -، محصولات اغلب حاوی فازهای ناخالصی مانند فازهای δ و θ هستند که به طور بالقوه می تواند بر هدایت حرارتی تأثیر بگذارد. در مقایسه،آلومینا کرویذرات تقریباً کروی با بی نظمی های جزئی هستند، دارای -محتوای فاز بالایی هستند و تولید آنها راحت تر است. اگرچه جریان پذیری و ظرفیت پر کردن آن کمی پایین تر است، اما تعادل خوبی بین عملکرد و هزینه ایجاد می کند.

آلومینا پولکی
Flake alumina features a two-dimensional platelet structure with an adjustable aspect ratio (typically >10:1). ابعاد شعاعی دانه ها معمولاً بین 0.5 تا 50 میکرومتر است که ضخامت آنها معمولاً بین 50 تا 500 نانومتر است. ذرات خوب{8}}توسعه یافته اغلب مورفولوژی شش ضلعی منظم از خود نشان می دهند.

ویژگی های کلیدی عبارتند از:

شبکه حرارتی کارآمد:ذرات ورقه‌ای به راحتی با یکدیگر تماس می‌گیرند تا مسیرهای حرارتی «رو به رو» را تشکیل دهند که در نتیجه مقاومت حرارتی پایین و راندمان انتقال حرارت بالا ایجاد می‌شود.

پیوند بین سطحی قوی:سطح صاف اتصال با زنجیره های ماکرومولکولی پلیمری را تسهیل می کند و ساختاری متقابل ایجاد می کند که برای انتقال حرارت مفید است.

ضریب انبساط حرارتی قابل تنظیم:این به بهبود پایداری ابعادی مواد رابط حرارتی کمک می کند.

تنها با در نظر گرفتن رسانایی حرارتی، آلومینا پولکی بدون شک انتخاب بهینه است. با این حال، برنامه های کاربردی اغلب انتخاب مواد را دیکته می کنند. آلومینا پولکی تمایل به افزایش ویسکوزیته سیستم در پلیمرها دارد و فرآیند پذیری را تحت تاثیر قرار می دهد و مستعد ته نشین شدن است که منجر به لایه لایه شدن مواد می شود. این عوامل تقاضاهای بالاتری را بر فرآیند قالب‌گیری تحمیل می‌کنند و دلایل اصلی کاربرد نسبتاً محدود آن در پدهای سیلیکونی رسانای حرارتی هستند. آلومینا ورقه‌ای دو بعدی را می‌توان با استفاده از تکنیک‌هایی مانند فیلتراسیون به کمک خلاء، پرس گرم، یا الکتروریسی برای ایجاد لایه منظم-توسط-مجموعه لایه‌ها، از نظر ساختاری طراحی کرد. این امر در مسیرهای هدایت حرارتی صفحه مؤثر است و طراحی و توسعه مواد رسانای حرارتی ناهمسانگرد با{10}هدایت حرارتی سطح بالا را برای کاربردهایی مانند اتلاف حرارت صفحه بزرگ{11}رای مسطح ممکن می‌سازد.

آلومینا چند وجهی
آلومینا چند وجهی دارای ساختارهایی مانند هشت وجهی یا چهار وجهی است. ظاهر آن تقریباً کروی است، اما سطح آن شامل چندین وجه کریستالی صاف است و درون ذرات یک بلور است.

مزایای اصلی عبارتند از:

ساختار تک کریستالی:اتم ها به شیوه ای بسیار منظم و بدون مرز دانه چیده شده اند، که به طور قابل توجهی پراکندگی فونون ها را کاهش می دهد و منجر به هدایت حرارتی ذاتی بالا می شود.

صورت{0}}تماس با هدایت حرارتی:ذرات شبکه‌های حرارتی را از طریق تماس "چهره به{{1}" می‌سازند و یک ناحیه انتقال حرارت بزرگ و مقاومت حرارتی سطحی پایین را فراهم می‌کنند.

ساختار متراکم:تقریباً فاقد منافذ و ترک است و مقاومت حرارتی را به حداقل می رساند.

آلومینای تک کریستال چندوجهی-از آلومینای کروی سنتی هم در راندمان هدایت حرارتی و هم از نظر کارایی ساختاری پیشی می‌گیرد. با ساخت شبکه‌های حرارتی از طریق «تماس چهره»، مسیر جدیدی برای پیشرفت‌های عملکردی در مسیرهای حرارتی برای مواد رابط حرارتی (TIMs) ارائه می‌کند. این به ویژه برای مواد مدیریت حرارتی بالا{3} با الزامات هدایت حرارتی بسیار سخت مناسب است.