Welche Morphologie von wärmeleitendem Aluminiumoxidpulver weist eine gute Dispergierbarkeit auf?
Mit der Entwicklung elektronischer Geräte hin zu Miniaturisierung und hoher Leistung ist eine effiziente Wärmeableitung zu einem Schlüsselfaktor für deren stabilen Betrieb geworden. Als Kernfüllstoff von Wärmeleitmaterialien beeinflusst die morphologische Auswahl des wärmeleitenden Aluminiumoxidpulvers direkt die Wärmeleitfähigkeit und die Verarbeitungstechnologie von Verbundwerkstoffen. Unter den verschiedenen Morphologien gilt sphärisches Aluminiumoxid mit seiner einzigartigen geometrischen Struktur und hervorragenden Fließfähigkeit als die Lösung mit der besten Dispergierbarkeit und stellt eine führende technologische Innovation im Bereich der wärmeleitenden Materialien dar.
Morphologie bestimmt Leistung: Sphärisches Aluminiumoxid zeigt signifikante Vorteile bei der Dispergierbarkeit
Im Bereich der wärmeleitenden Füllstoffe hat die Morphologie des Aluminiumoxidpulvers einen entscheidenden Einfluss auf dessen Dispergierbarkeit in Matrixmaterialien. Studien haben gezeigt, dass Aluminiumoxidpulver mit unterschiedlicher Morphologie signifikante Unterschiede in Polymermatrizes aufweisen:
Sphärisches Aluminiumoxidpulver:hat eine regelmäßige geometrische Form und eine glatte Oberfläche, wodurch die Partikel leichter in der Matrix rollen und sich bewegen können und eine gleichmäßige Dispersion erreicht wird. Es ist gut fließfähig und kann die Lücken in der Matrix dicht füllen. Dadurch entsteht ein effizientes Wärmeleitnetzwerk und der Verschleiß der Mischanlage wird reduziert.
Kantiges/unregelmäßiges Aluminiumoxidpulver:Aufgrund ihrer rauen und kantigen Oberfläche neigen Partikel zur mechanischen Verzahnung und elektrostatischen Adsorption, was zu starker Agglomeration führt. Diese Art von Pulver weist eine schlechte Fließfähigkeit und eine ungleichmäßige Verteilung in der Matrix auf, wodurch Hotspots mit geringer Wärmeleitfähigkeit entstehen.
Faserförmiges Aluminiumoxidpulver:Obwohl die Struktur mit hohem Aspektverhältnis Wärmeleitfähigkeitspfade in bestimmte Richtungen bereitstellen kann, gibt es offensichtliche Ausrichtungsprobleme, die es schwierig machen, eine dreidimensionale gleichmäßige Dispersion zu erreichen und bei der Verarbeitung zu Brüchen neigen.
Flockenförmiges Aluminiumoxidpulver:Aufgrund der zweidimensionalen planaren Struktur neigt es unter Scherkräften zu einer parallelen Anordnung. Obwohl die Wärmeleitfähigkeit in der Ebene hoch ist, ist die Wärmeleitfähigkeit außerhalb der Ebene gering und neigt zu Ablagerungen und Delaminationen.
Wissenschaftlicher Mechanismus: Warum ist eine sphärische Struktur für die Dispersion förderlicher?
Der Vorteil der Dispergierbarkeit von sphärischem Aluminiumoxid beruht auf seinem einzigartigen physikalischen Wirkungsmechanismus:
Geometrischer Effekt:Perfekt kugelförmige Partikel erfahren im Strömungsfeld eine gleichmäßige Kraft, wodurch die durch unregelmäßige Formen verursachte lokale Spannungskonzentration reduziert wird. Bei einer Partikelgrößenverteilung im Bereich von 1–5 Mikrometern erreichen kugelförmige Partikel die optimale Packungsdichte (theoretisch bis zu 74 %), die deutlich höher ist als bei eckigen (ca. 64 %) und plattenförmigen (ca. 58 %) Füllstoffen. Dichte Packung bedeutet weniger Grenzflächendefekte und ein kohärenteres Wärmeleitfähigkeitsnetzwerk.
Oberflächeneigenschaften:Die Oberflächenenergie von kugelförmigem Aluminiumoxid, das mit der Plasmamethode hergestellt wird, ist relativ gering und die Reinheit kann nach der Reinigungsbehandlung über 99,99 % erreichen, wodurch die durch Verunreinigungen verursachte Grenzflächenwechselwirkung reduziert wird.
Rheologisches Verhalten:Kugelförmige Partikel erzeugen unter Scherwirkung einen Kugelrolleffekt. Die Viskosität des Systems nimmt mit zunehmender Schergeschwindigkeit rapide ab und weist typische pseudoplastische Flüssigkeitseigenschaften auf. Dadurch wird das Material während der Verarbeitung leichter fließfähig und kann nach dem Stoppen die strukturelle Festigkeit schnell wiederherstellen, wodurch ein Absetzen verhindert wird.
Ein Bericht aus der Pulverringindustrie zeigt, dass der Wärmewiderstand von wärmeleitendem Silikonfett, das mit kugelförmigem Aluminiumoxid gefüllt ist, im Vergleich zu herkömmlichen Produkten um mehr als 50 % reduziert werden kann und der Temperaturunterschied bei CPU-Wärmeableitungsanwendungen bis zu 15 °C erreichen kann. Diese Daten bestätigen vollständig den Verbesserungseffekt einer guten Dispersion auf die tatsächliche Wärmeableitung.
zusammenfassen
Im Bereich der Wärmemanagementmaterialien hat sich die Morphologiegestaltung zu einer Schlüsselstrategie zur Leistungssteigerung von Füllstoffen entwickelt. Sphärisches Aluminiumoxid weist aufgrund seiner regelmäßigen geometrischen Form, der geringen Oberflächenenergie und der hervorragenden Fließfähigkeit deutliche Vorteile hinsichtlich der Dispergierbarkeit auf und bildet damit eine Materialgrundlage für die Miniaturisierung und Hochleistungsentwicklung elektronischer Geräte. Dank der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Oberflächenmodifizierungstechnologie und der Compoundierprozesse durchbrechen sphärische Aluminiumoxidfüllstoffe traditionelle Grenzen und spielen in Bereichen wie der 5G-Kommunikation, High-End-Chips und Fahrzeugen mit alternativen Antrieben eine zunehmend wichtige Rolle.
Durch die gemeinsame Innovation in den Bereichen Morphologiekontrolle, Oberflächentechnik und Formeloptimierung dürfte sphärisches Aluminiumoxid-Wärmeleitpulver künftig eine präzise Konstruktion von Wärmeleitnetzwerken ermöglichen und so bahnbrechende Fortschritte bei Wärmemanagementmaterialien ermöglichen. Die technologische Entwicklung inländischer Unternehmen wie Dongchao New Materials treibt Chinas Entwicklung vom Werkstoffriesen zum Werkstoffstandort voran.