Die Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumoxid hängt von der Temperatur ab, und was kann der Zusammensetzung des Rohmaterials hinzugefügt werden, um die Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen

Aluminiumoxid, ein wichtiges anorganisches nichtmetallisches Material, hat ein breites Spektrum an Anwendungen in Bereichen wie elektronischen Verpackungen und Wärmemanagementmaterialien. Seine Wärmeleitfähigkeit ist einer der Schlüsselfaktoren, die die Materialeigenschaften und Anwendungseffekte beeinflussen.

Die Veränderung der Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumoxid mit der Temperatur
Die Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumoxid ist eng mit der Temperatur verbunden. Bei sehr niedrigen Temperaturen variiert der Beitrag der Wärmekapazität Cv zur Wärmeleitfähigkeit λ mit Cv und T3. Mit steigender Temperatur nimmt die Wärmeleitfähigkeit rasch zu. Mit steigender Temperatur nimmt jedoch die mittlere freie Weglänge ab, und der Anstieg der Wärmeleitfähigkeit mit steigender Temperatur verlangsamt sich und nähert sich einem bestimmten Wert um die Debye-Temperatur θ d. Danach wird die mittlere freie Weglänge zum Hauptfaktor, der die Wärmeleitfähigkeit beeinflusst, was zu einer raschen Abnahme der Wärmeleitfähigkeit mit steigender Temperatur führt. Bei niedrigen Temperaturen (z. B. 40 K) erreicht die Wärmeleitfähigkeit einen Höchstwert; in hohen Temperaturbereichen (z. B. 1600 K) steigt die Wärmeleitfähigkeit aufgrund des Beitrags der Wärmeleitfähigkeit von Photonen.

Der Einfluss der Rohstoffzusammensetzung auf die Wärmeleitfähigkeit von Tonerde
Um die Wärmeleitfähigkeit von Tonerde zu verbessern, können bestimmte Rohstoffkomponenten zugesetzt werden.
Hier sind einige wirksame Methoden:
Wärmeleitendes Mittel hinzufügen:
Kupferoxid: Kupferoxid ist ein häufig verwendetes Wärmeleitmittel mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als Aluminiumoxid. Durch gleichmäßiges Mischen von Kupferoxid und Aluminiumoxid kann ein wärmeleitfähiger Verbundwerkstoff gebildet werden, wodurch die Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumoxid verbessert wird.
Siliziumdioxid und Siliziumnitrid: Diese Materialien können auch als Wärmeleitmittel zu Aluminiumoxid hinzugefügt werden, um dessen Wärmeleitfähigkeit zu verbessern.
Größe der Kontrollgranularität:
Die Teilchengröße ist einer der wichtigsten Faktoren, die die Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumoxid beeinflussen. Im Allgemeinen gilt: Je kleiner die Teilchengröße, desto höher die Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumoxid. Daher kann Aluminiumoxid durch mechanisches Kugelmahlen, Ultraschalldispersion und andere Verfahren verarbeitet werden, um kleinere Teilchengrößen zu erhalten und so seine Wärmeleitfähigkeit zu verbessern.
Mischen und Abfüllen mit unterschiedlichen Partikelgrößen:
Durch Mischen und Füllen von Aluminiumoxidpartikeln unterschiedlicher Größe kann eine kompaktere Packungsstruktur gebildet werden, die die Füllmenge erhöht und einen guten Wärmeleitpfad schafft. Diese Methode trägt dazu bei, die Wärmeleitfähigkeit von Verbundwerkstoffen zu verbessern.
Erhöhung des Alphaphasengehalts:
Aluminiumoxid der Alpha-Phase weist eine hohe Stabilität und Kristallinität auf, was zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit des Materials beiträgt. Daher sollte bei der Auswahl von Aluminiumoxid-Rohstoffen Produkten mit hohem Alpha-Phasen-Gehalt der Vorzug gegeben werden.
Veränderung der Oberfläche:
Die Oberflächenpolarität von Aluminiumoxid ist stark, und seine Kompatibilität mit der organischen Harzmatrix ist schlecht. Eine Behandlung zur Oberflächenmodifikation, wie z. B. die Behandlung mit einem Haftvermittler, kann die Grenzflächenhaftung zwischen Aluminiumoxid und der Polymermatrix verbessern, Agglomerationserscheinungen verringern und so die Wärmeleitfähigkeit von Verbundwerkstoffen verbessern.

Überlegungen zur praktischen Anwendung
In der praktischen Anwendung sind neben der Berücksichtigung des Einflusses der Rohstoffzusammensetzung auf die Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumoxid auch folgende Punkte zu beachten:
Arten der Polymermatrix: Verschiedene Polymermatrizen haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Verträglichkeit und Dispergierbarkeit von Aluminiumoxid-Wärmeleitpulver. Daher muss bei der Auswahl einer Polymermatrix deren Kompatibilität mit Aluminiumoxid umfassend berücksichtigt werden.
Tonerdegehalt: Je höher der Aluminiumoxidgehalt ist, desto höher ist zwar die Wärmeleitfähigkeit des Verbundwerkstoffs, aber ein zu hoher Gehalt kann zu einer Verschlechterung anderer Eigenschaften des Verbundwerkstoffs führen, z. B. der mechanischen oder elektrischen Eigenschaften. Daher muss der geeignete Aluminiumoxidgehalt auf der Grundlage spezifischer Anwendungsszenarien und Anforderungen bestimmt werden.
Verarbeitungsbedingungen: Misch- und Verarbeitungsbedingungen wie Rührgeschwindigkeit, Temperatur und Zeit können sich ebenfalls auf die Dispersion von Aluminiumoxid im Polymer und die Leistung des fertigen Verbundmaterials auswirken. Daher ist eine strenge Kontrolle der Verarbeitungsbedingungen während des Herstellungsprozesses erforderlich.

Die Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumoxid zeigt ein bestimmtes Muster bei Temperaturänderungen, und seine Wärmeleitfähigkeit kann durch Zugabe bestimmter Rohstoffkomponenten verbessert werden. Bei praktischen Anwendungen müssen Faktoren wie die Zusammensetzung des Rohmaterials, die Art der Polymermatrix, der Aluminiumoxidgehalt und die Verarbeitungsbedingungen umfassend berücksichtigt werden, um hochleistungsfähige wärmeleitende Aluminiumoxidmaterialien herzustellen.