Завдяки високому співвідношенню -вартості, стабільним хімічним властивостям і чудовій електроізоляції оксид алюмінію став найпоширенішим основним матеріалом на ринку теплопровідних наповнювачів. Однак його теплопровідність не є фіксованим значенням, а тісно пов’язана з мікро-морфологією порошку, кристалічною структурою (монокристал/полікристал) і способом упаковки. Від звичайних кутастих частинок до ретельно розроблених сферичних і лускоподібних форм і далі до нових багатогранних монокристалів, морфологічна еволюція глинозему послідовно обертається навколо основної мети: як побудувати більш ефективні мережі теплопровідності в полімерній матриці з меншим вмістом наповнювача.
Кулястий оксид алюмінію
Сферичний оксид алюмінію демонструє регулярну сферичну структуру з розміром частинок, як правило, від кількох мікрон до кількох десятків мікрон. Враховуючи його продуктивність, технологічну зрілість і вартість, сферичний глинозем вважається промисловістю економічно-ефективним теплопровідним порошковим матеріалом із найкращою загальною вартістю.
Його основні переваги:
Висока ємність заповнення:Завдяки своїй високій сферичності та низькій питомій площі поверхні він забезпечує наповнення високою-щільністю, у результаті чого утворюються суміші з низькою в’язкістю та хорошою плинністю, які легко розподіляються рівномірно.
Висока теплопровідність:Його теплові характеристики тісно пов'язані з розподілом частинок за розміром. Висока наповнювальна здатність сприяє створенню безперервних теплопровідних мереж, підвищуючи теплопровідність композитного матеріалу.
Чудова загальна продуктивність:Він має чудову електроізоляцію, високу термічну стабільність, низький коефіцієнт теплового розширення та хороші механічні властивості, що робить його придатним для -полей високої продуктивності, як-от електронних упаковок.
Низькі характеристики -випромінювання:Для спеціалізованих застосувань, таких як пакування високоякісних напівпровідників, можна виготовляти сферичний оксид алюмінію з контрольованим вмістом урану нижче 10 часток на мільярд, що ефективно запобігає м’яким помилкам, спричиненим -промінням.
Згідно з даними Інституту досліджень промисловості Gaogong, розмір світового ринку теплопровідних порошкових матеріалів становив 5,04 мільярда юанів у 2022 році, причому сферичний теплопровідний порошок оксиду алюмінію становив 50,8% (2,56 мільярда юанів). Основними сферами його застосування є термоінтерфейсні матеріали (48%) і теплопровідні інженерні пластики (17%).
Процес приготування сферичного оксиду алюмінію є складним, зокрема контроль фазового переходу оксиду алюмінію під високо-температурним потоком полум’я. Крім -фази, продукти часто містять сторонні домішки, такі як δ і θ фази, які потенційно можуть впливати на теплопровідність. Для порівняння,сфероїдний оксид алюмініючастинки мають приблизно сферичну форму з невеликими нерівностями, мають високий вміст -фази, і їх легше отримувати. Незважаючи на те, що його текучість і здатність до наповнення дещо нижчі, він забезпечує хороший баланс між продуктивністю та ціною.
Лускатий глинозем
Flake alumina features a two-dimensional platelet structure with an adjustable aspect ratio (typically >10:1). Радіальний розмір зерен зазвичай становить від 0,5 до 50 мкм, а товщина зазвичай становить від 50 до 500 нм. Добре-розвинені частинки часто демонструють правильну гексагональну морфологію.
Основні характеристики включають:
Ефективна теплова мережа:Частинки пластівців легко контактують одна з одною, утворюючи теплові шляхи «обличчя-до-обличчя», що призводить до низького термічного опору та високої ефективності теплопередачі.
Міцне міжфазне склеювання:Гладка поверхня полегшує з’єднання з полімерними макромолекулярними ланцюгами, створюючи зшиту структуру, сприятливу для теплопередачі.
Регульований коефіцієнт теплового розширення:Це допомагає покращити стабільність розмірів матеріалів термоінтерфейсу.
Беручи до уваги лише теплопровідність, лускатий оксид алюмінію, безсумнівно, є оптимальним вибором. Однак практичне застосування часто диктує вибір матеріалу. Пластівчастий глинозем має тенденцію до збільшення системної в’язкості в полімерах, впливаючи на технологічність, і схильний до осідання, що призводить до розшарування матеріалу. Ці фактори висувають підвищені вимоги до процесу формування та є основними причинами його відносно обмеженого застосування в теплопровідних силіконових прокладках. Двомірний-лускоподібний оксид алюмінію можна структурно спроектувати за допомогою таких методів, як-фільтрація під вакуумом, гаряче пресування або електроформування, щоб створити впорядковане -{7}}пошарове складання пластівців. Це створює ефективні-шляхи теплопровідності в площині, уможливлюючи проектування та розробку анізотропних теплопровідних матеріалів із високою-теплопровідністю у площині для таких застосувань, як розсіювання тепла на великих плоских-панелях.
Багатогранний оксид алюмінію
Багатогранний оксид алюмінію має структуру, схожу на октаедри або тетрадекаедри. Його зовнішній вигляд майже сферичний, але його поверхня складається з кількох гладких кристалічних граней, а внутрішня частина частинки є єдиним кристалом.
Основні переваги:
Монокристалічна структура:Атоми розташовані високовпорядкованим чином без меж зерен, що значно зменшує розсіювання фононів і забезпечує високу власну теплопровідність.
Теплопровідність обличчя-контакту:Частинки створюють теплові мережі за допомогою контакту «обличчя-до-обличчя», забезпечуючи велику площу теплообміну та низький міжфазний тепловий опір.
Щільна структура:Він майже вільний від пор і тріщин, мінімізуючи термічний опір.
Багатогранний монокристал-глинозему перевершує традиційний сферичний оксид алюмінію як за теплопровідністю, так і за структурною ефективністю. Завдяки створенню теплових мереж за допомогою «лицевого контакту» він пропонує новий шлях для прориву продуктивності в теплових шляхах для матеріалів теплового інтерфейсу (TIM). Він особливо підходить для -матеріалів високого класу з терморегуляцією з надзвичайно високими вимогами до теплопровідності.