Avec le développement des dispositifs électroniques vers la miniaturisation et l'amélioration des performances, une dissipation thermique efficace est devenue essentielle à leur fonctionnement stable. En tant que charge principale des matériaux d'interface thermique, le choix de la morphologie de la poudre thermoconductrice d'alumine influe directement sur la conductivité thermique et les procédés de fabrication des matériaux composites. Parmi les différentes morphologies, l'alumine sphérique, grâce à sa structure géométrique unique et à son excellente fluidité, est reconnue comme la solution offrant la meilleure dispersibilité et représente une innovation technologique majeure dans le domaine des matériaux thermoconducteurs.
La morphologie détermine les performances : l'alumine sphérique présente des avantages significatifs en matière de dispersibilité
Dans le domaine des charges thermoconductrices, la morphologie de la poudre d'alumine influe considérablement sur sa dispersibilité dans les matériaux de matrice. Des études ont montré que les poudres d'alumine de morphologies différentes présentent des différences significatives dans les matrices polymères.
Poudre d'alumine sphérique :Sa forme géométrique régulière et sa surface lisse facilitent le roulement et le déplacement des particules dans la matrice, assurant ainsi une dispersion uniforme. Sa bonne fluidité lui permet de combler efficacement les interstices de la matrice, formant un réseau de conductivité thermique performant et réduisant l'usure des équipements de mélange.
Poudre d'alumine angulaire/irrégulière :En raison de sa surface rugueuse et anguleuse, les particules sont sujettes à l'enchevêtrement mécanique et à l'adsorption électrostatique, ce qui entraîne une forte agglomération. Ce type de poudre présente une faible fluidité et une distribution hétérogène dans la matrice, formant des zones chaudes à faible conductivité thermique.
Poudre d'alumine fibreuse :Bien que la structure à rapport d'aspect élevé puisse fournir des voies de conduction thermique dans des directions spécifiques, il existe des problèmes d'orientation évidents, ce qui rend difficile l'obtention d'une dispersion uniforme tridimensionnelle et la rend sujette à la fracture lors du traitement.
Poudre d'alumine en forme de flocons :La structure plane bidimensionnelle tend à favoriser un alignement parallèle sous l'effet du cisaillement. Bien que la conductivité thermique dans le plan soit élevée, la conductivité thermique hors plan est faible, ce qui la rend sujette au tassement et au délaminage.
Mécanisme scientifique : Pourquoi une structure sphérique est-elle plus propice à la dispersion ?
L'avantage de dispersibilité de l'alumine sphérique provient de son mécanisme d'action physique unique :
Effet géométrique :Les particules parfaitement sphériques subissent une force uniforme dans le champ d'écoulement, ce qui réduit la concentration locale des contraintes due aux formes irrégulières. Lorsque la distribution granulométrique se situe entre 1 et 5 microns, les particules sphériques peuvent atteindre une densité de tassement optimale (théoriquement jusqu'à 74 %), bien supérieure à celle des charges angulaires (environ 64 %) et lamellaires (environ 58 %). Un tassement compact se traduit par moins de défauts d'interface et un réseau de conductivité thermique plus cohérent.
Caractéristiques de surface :L'énergie de surface de l'alumine sphérique préparée par la méthode plasma est relativement faible, et sa pureté peut atteindre plus de 99,99 % après traitement de purification, réduisant ainsi l'interaction interfaciale causée par les impuretés.
Comportement rhéologique :Les particules sphériques produisent un effet de roulement sous l'effet du cisaillement, et la viscosité du système diminue rapidement avec l'augmentation du taux de cisaillement, présentant les caractéristiques typiques d'un fluide pseudoplastique. Ceci facilite l'écoulement du matériau lors de sa mise en œuvre et lui permet de retrouver rapidement sa résistance structurelle après l'arrêt, évitant ainsi tout tassement.
Un rapport de l'industrie des bagues en poudre montre que la résistance thermique de la graisse silicone thermoconductrice chargée d'alumine sphérique peut être réduite de plus de 50 % par rapport aux produits traditionnels, et que la différence de température peut atteindre 15 °C dans les applications de dissipation thermique des processeurs. Ces données confirment pleinement l'effet bénéfique d'une bonne dispersion sur la dissipation thermique réelle.
Résumer
Dans le domaine des matériaux de gestion thermique, la conception morphologique est devenue une stratégie clé pour améliorer les performances des charges. L'alumine sphérique présente des avantages considérables en termes de dispersibilité grâce à sa forme géométrique régulière, sa faible énergie de surface et son excellente fluidité, offrant ainsi un matériau de base pour la miniaturisation et le développement de dispositifs électroniques haute puissance. Avec les progrès constants des technologies de modification de surface et des procédés de formulation, les charges d'alumine sphérique s'affranchissent des limites traditionnelles et jouent un rôle de plus en plus important dans des domaines tels que la communication 5G, les puces haut de gamme et les véhicules à énergies nouvelles.
À l'avenir, grâce à l'innovation collaborative en matière de contrôle de la morphologie, d'ingénierie de surface et d'optimisation de la formule, la poudre d'alumine sphérique thermoconductrice devrait permettre la construction précise de réseaux thermoconducteurs, révolutionnant ainsi les matériaux de gestion thermique. L'accumulation technologique d'entreprises chinoises telles que Dongchao New Materials contribue à la transformation de la Chine, d'un géant des matériaux à une véritable puissance industrielle dans ce domaine.