Пять способов улучшить теплопроводность теплопроводящего силикона

1. Ультратонкое измельчение термических наполнителей

Уменьшение размера частиц термонаполнителей улучшает как теплопроводность, так и физико-механические свойства теплопроводящего силикона. Например, теплопроводный силикон, наполненный наноразмерным наполнителем из оксида алюминия, демонстрирует значительно лучшие общие характеристики по сравнению с силиконом, наполненным микронным оксидом алюминия. Исследования показали, что сверхтонкое измельчение неорганических наполнителей может существенно изменить межатомные расстояния и структуру внутри частиц наполнителя. Когда размер частиц достигает наномасштаба, некоторые свойства наполнителей могут даже качественно измениться. Например, когда материалы с ковалентной связью уменьшаются до наномасштаба, они могут превращаться в материалы с металлическими связями, значительно увеличивая их теплопроводность. Японская компания разработала ультратонкий оксид магния высокой чистоты с теплопроводностью более 50 Вт/м·К, что в три раза выше, чем у оксида алюминия и в четыре раза выше, чем у кремнезема. Более того, обычный нитрид алюминия имеет теплопроводность около 36 Вт/м·К, но при уменьшении до наномасштаба его теплопроводность может взлететь до впечатляющих 320 Вт/м·К.

2. Высокая ориентация термонаполнителей.

Ориентация цепочки тепловой сетки, образующейся между частицами термонаполнителя, существенно влияет на теплопроводность материала. Ключом к повышению теплопроводности теплопроводного силикона является максимальное выравнивание этих сетевых цепей по направлению теплового потока. Таким образом, высокая ориентация термических наполнителей является важным методом улучшения теплопроводности. Например, обычный нитрид кремния имеет низкую теплопроводность из-за своей случайной ориентации в спеченной структуре. Однако добавление к порошку нитрида кремния затравочных частиц диаметром 1 микрон и длиной 3-4 микрона может вызвать высокую ориентацию, образующую волокнистый нитрид кремния с высокой проводимостью. Этот структурированный нитрид кремния обладает анизотропной теплопроводностью: измеренная теплопроводность в три раза выше, чем у обычного нитрида кремния, достигая впечатляющих 120 Вт/м·К.

3. Модификация поверхности термонаполнителей.

Теплопроводность теплопроводного силикона тесно связана со смачиваемостью поверхности частиц наполнителя. Это связано с тем, что степень сцепления между наполнителем и матрицей, тепловой барьер на границе раздела наполнитель-матрица, а также диспергируемость наполнителя и количество загрузки зависят от смачиваемости поверхности наполнителей, которая напрямую влияет на теплопроводность. Обработка поверхности термонаполнителей значительно увеличивает их количество, теплопроводность и совместимость с силиконом, особенно для наноразмерных наполнителей. Например, обработка оксида алюминия такими веществами, как γ-аминопропилтриэтоксисилан, гексаметилдисилазан и диметилдиметоксисилан, перед заполнением его силиконом может улучшить теплопроводность и снизить вязкость получаемого теплопроводного силикона.

4. Загрузка смешанного наполнителя

Многие исследователи обнаружили, что смешивание различных типов, размеров и форм термонаполнителей в соответствующих пропорциях является эффективным способом повышения теплопроводности теплопроводного силикона. Например, использование смеси частиц оксида алюминия размером 0,5 микрона, 3 микрона и 20 микрон в соотношении 10:30:15 значительно улучшает теплопроводность по сравнению с использованием частиц оксида алюминия одного размера. Кроме того, сочетание сферических частиц оксида алюминия разных объемов и размеров с несферическим оксидом алюминия может увеличить плотность упаковки наполнителя, сохраняя при этом текучесть матрицы, что значительно повышает теплопроводность при сохранении низкой твердости.

5.Оптимизация методов обработки

После определения теплового наполнителя технология обработки становится ключевым фактором при определении теплопроводности теплопроводного силикона. Например, силикон, полученный путем смешивания растворов, имеет более высокую теплопроводность по сравнению с силиконом, полученным прямым смешиванием, поскольку разные методы обработки приводят к получению различных композиционных структур частиц и матрицы. Кроме того, порядок добавления наполнителей и различных добавок в процессе обработки может существенно влиять на теплопроводность. Исследования показали, что смешивание силикона сначала с оксидом алюминия небольшого размера, а затем с оксидом алюминия большего размера дает лучшую теплопроводность, чем смешивание всех частиц оксида алюминия одновременно.

Используя эти пять методов, теплопроводность теплопроводного силикона можно значительно повысить в производстве и исследованиях. Эти методы работают синергетически для определения общих тепловых характеристик, в результате чего получается стабильный, однородный и хорошо составленный продукт с превосходными термическими свойствами, готовый к применению в различных отраслях и областях.