תוך מינוף העלות הגבוהה-יחס הביצועים, התכונות הכימיות היציבות והבידוד החשמלי המצוין שלה, אלומינה הפכה לחומר הבסיס הנפוץ ביותר בשוק חומרי המילוי המוליכים התרמיים. עם זאת, המוליכות התרמית שלה אינה ערך קבוע אלא קשורה קשר הדוק למיקרו-מורפולוגיה של האבקה, למבנה הגבישי (חד גביש/פולי גבישי) ולשיטת האריזה. מחלקיקים זוויתיים קונבנציונליים לצורות כדוריות ופתיתים מעוצבות בקפידה, ובהמשך לגבישים בודדים פוליהדרליים המתעוררים, האבולוציה המורפולוגית של האלומינה סובבת באופן עקבי סביב מטרת ליבה: כיצד לבנות רשתות הולכת חום יעילות יותר בתוך מטריצת פולימר עם עומסי מילוי נמוכים יותר.
אלומינה כדורית
אלומינה כדורית מציגה מבנה כדורי רגיל, עם גדלי חלקיקים הנעים בדרך כלל בין כמה מיקרונים לכמה עשרות מיקרונים. בהתחשב בביצועים, בשלות הטכנולוגית והעלות שלה, אלומינה כדורית נחשבת על ידי התעשייה כחומר אבקה מוליך תרמית חסכוני-עם הערך הכולל הטוב ביותר.
היתרונות העיקריים שלו כוללים:
קיבולת מילוי גבוהה:בשל הכדוריות הגבוהה ושטח הפנים הספציפי הנמוך שלו, הוא מאפשר מילוי בצפיפות- גבוהה, וכתוצאה מכך תערובות בעלות צמיגות נמוכה ונזילות טובה שקל לפיזור אחיד.
מוליכות תרמית גבוהה:הביצועים התרמיים שלו קשורים קשר הדוק לפיזור גודל החלקיקים. יכולת המילוי הגבוהה מסייעת בבניית רשתות מוליכות תרמיות רציפות, ומשפרת את המוליכות התרמית של החומר המרוכב.
ביצועים כלליים מצוינים:יש לו בידוד חשמלי מעולה, יציבות תרמית גבוהה, מקדם התפשטות תרמית נמוך ותכונות מכניות טובות, מה שהופך אותו למתאים לתחומים-בעלי ביצועים גבוהים כמו אריזה אלקטרונית.
מאפייני קרני -נמוכים:עבור יישומים מיוחדים כגון אריזת מוליכים למחצה-מתקדמים, ניתן לייצר אלומינה כדורית עם תוכן אורניום שנשלט מתחת ל-10 ppb, ובכך למעשה מונע שגיאות רכות הנגרמות על ידי -קרני.
על פי נתונים של מכון המחקר של תעשיית Gaogong, גודל שוק החומרים המוליכים תרמית של אבקה תרמית היה 5.04 מיליארד יואן בשנת 2022, כאשר אבקה מוליכה תרמית אלומינה כדורית מהווה 50.8% (2.56 מיליארד יואן). היישומים העיקריים שלה במורד הזרם הם חומרי ממשק תרמי (48%) ופלסטיקה הנדסית מוליכה תרמית (17%).
תהליך ההכנה לאלומינה כדורית הוא מורכב, במיוחד שליטה במעבר שלב האלומינה תחת זרימת להבה בטמפרטורה- גבוהה. מלבד השלב -, מוצרים מכילים לעתים קרובות שלבי זיהומים כמו שלבי δ ו-θ, שעלולים להשפיע על מוליכות תרמית. לשם השוואה,אלומינה כדוריתחלקיקים הם כדוריים בקירוב עם אי סדרים קלים, בעלי תוכן של -שלב גבוה וקל יותר להפקה. למרות יכולת הזרימה ויכולת המילוי שלו נחותים מעט, הוא יוצר איזון טוב בין ביצועים לעלות.
פתית אלומינה
Flake alumina features a two-dimensional platelet structure with an adjustable aspect ratio (typically >10:1). הממד הרדיאלי של הגרגרים נע בדרך כלל בין 0.5 ל-50 מיקרומטר, עם עובי בדרך כלל בין 50 ל-500 ננומטר. חלקיקים מפותחים היטב- מראים לעתים קרובות מורפולוגיה משושה קבועה.
מאפייני מפתח כוללים:
רשת תרמית יעילה:חלקיקי פתיתים יוצרים קשר בקלות זה עם זה כדי ליצור מסלולים תרמיים "פנים-אל-פנים", וכתוצאה מכך התנגדות תרמית נמוכה ויעילות העברת חום גבוהה.
הדבקת פנים חזקה:המשטח החלק מקל על קשר עם שרשראות מקרו-מולקולריות פולימריות, ויוצר מבנה צולב המועיל להעברת חום.
מקדם התפשטות תרמית מתכוונן:זה עוזר לשפר את היציבות הממדית של חומרי ממשק תרמי.
בהתחשב במוליכות תרמית בלבד, פתית אלומינה היא ללא ספק הבחירה האופטימלית. עם זאת, יישומים מעשיים לרוב מכתיבים את בחירת החומר. אלומינה פתיתים נוטה להגביר את צמיגות המערכת בפולימרים, משפיעה על יכולת העיבוד, ונוטה לשקוע, מה שמוביל לדה למינציה של החומר. גורמים אלה מטילים דרישות גבוהות יותר לתהליך היציקה והם הסיבות העיקריות ליישום מוגבל יחסית שלו ברפידות סיליקון מוליכות תרמית. ניתן לתכנן מבני אלומינה פתיתים דו-ממדיים תוך שימוש בטכניקות כמו-סינון בעזרת ואקום, לחיצה חמה או ספינינג אלקטרו כדי לגרום להרכבת השכבה המסודרת-לפי-שכבות של הפתיתים. זה יוצר מסלולי הולכה תרמית יעילים ב-מישור, ומאפשר תכנון ופיתוח של חומרים מוליכים תרמית אנזוטרופיים עם מוליכות תרמית גבוהה-במישור עבור יישומים כגון פיזור חום שטוח{11} של לוחות גדולים.
אלומינה פוליהדרלית
לאלומינה פוליהדרלית יש מבנים כמו אוקטהדרונים או טטראקדדרונים. המראה שלו כמעט כדורי, אבל פני השטח שלו מורכבים מכמה היבטים גבישיים חלקים, וחלקיק הפנימי הוא גביש יחיד.
יתרונות הליבה הם:
מבנה גביש בודד:האטומים מסודרים בצורה מאוד מסודרת ללא גבולות גרגרים, מה שמפחית משמעותית את פיזור הפונונים וכתוצאה מכך מוליכות תרמית פנימית גבוהה.
פנים-הולכה תרמית למגע:חלקיקים בונים רשתות תרמיות באמצעות מגע "פנים-ל-פנים", המספקים שטח העברת חום גדול והתנגדות תרמית משטחית נמוכה.
מבנה צפוף:הוא כמעט נקי מנקבוביות וסדקים, וממזער את ההתנגדות התרמית.
אלומינה חד גבישית פוליהדרלית- עולה על אלומינה כדורית מסורתית הן ביעילות מוליכות תרמית והן ביעילות מבנית. על ידי בניית רשתות תרמיות באמצעות "מגע פנים", הוא מציע מסלול חדש לפריצות דרך בביצועים במסלולים תרמיים לחומרי ממשק תרמיים (TIM). הוא מתאים במיוחד לחומרי ניהול תרמיים-מתקדמים עם דרישות מוליכות תרמית תובעניות במיוחד.