La conducibilità termica dell'allumina varia con la temperatura e cosa si può aggiungere alla composizione della materia prima per aumentarne la conducibilità termica

L'ossido di alluminio, un importante materiale inorganico non metallico, ha un'ampia gamma di applicazioni in campi quali l'imballaggio elettronico e i materiali per la gestione termica. La sua conducibilità termica è uno dei fattori chiave che influenzano le proprietà del materiale e gli effetti applicativi.

Variazione della conduttività termica dell'allumina in funzione della temperatura
La conducibilità termica dell'allumina è strettamente correlata alla temperatura. A temperature molto basse, il contributo della capacità termica Cv alla conduttività termica λ varia con Cv e T3. All'aumentare della temperatura, la conduttività termica aumenta rapidamente. Tuttavia, con l'aumentare della temperatura, il cammino libero medio diminuisce e il tasso di aumento della conduttività termica con l'aumentare della temperatura rallenta, avvicinandosi a un certo valore intorno alla temperatura di Debye θ d. In seguito, il cammino libero medio diventa il fattore principale che influenza la conduttività termica, portando a una rapida diminuzione della conduttività termica con l'aumentare della temperatura. A basse temperature (come 40K), la conduttività termica raggiunge un valore massimo; nelle regioni ad alta temperatura (come 1600K), la conduttività termica aumenta a causa del contributo della conduttività termica dei fotoni.

L'influenza della composizione della materia prima sulla conduttività termica dell'allumina
Per migliorare la conduttività termica dell'allumina, si possono aggiungere componenti specifici della materia prima.
Ecco alcuni metodi efficaci:
Aggiungere un agente termoconduttivo:
Ossido di rame: L'ossido di rame è un agente termoconduttivo comunemente utilizzato, con una conducibilità termica superiore a quella dell'ossido di alluminio. Mescolando uniformemente l'ossido di rame e l'ossido di alluminio, è possibile formare un materiale composito termoconduttivo, migliorando così la conduttività termica dell'ossido di alluminio.
Biossido di silicio e nitruro di silicio: Questi materiali possono anche essere aggiunti come agenti di conducibilità termica all'ossido di alluminio per migliorarne la conducibilità termica.
Dimensione della granularità di controllo:
La dimensione delle particelle è uno dei fattori chiave che influenzano la conduttività termica dell'allumina. In generale, minore è la dimensione delle particelle, maggiore è la conducibilità termica dell'allumina. Pertanto, l'ossido di alluminio può essere lavorato mediante macinazione meccanica a sfere, dispersione a ultrasuoni e altri metodi per ottenere particelle di dimensioni più piccole, migliorando così la sua conducibilità termica.
Miscelazione e riempimento con particelle di diverse dimensioni:
Mescolando e riempiendo particelle di allumina di dimensioni diverse, è possibile formare una struttura di impacchettamento più compatta, aumentando la quantità di riempimento e creando un buon percorso di conducibilità termica. Questo metodo contribuisce a migliorare la conduttività termica dei materiali compositi.
Aumentare il contenuto di fase alfa:
L'allumina in fase alfa ha un'elevata stabilità e cristallinità, che contribuisce a migliorare la conduttività termica del materiale. Pertanto, nella scelta delle materie prime di allumina, si dovrebbe dare priorità ai prodotti con un elevato contenuto di fase alfa.
Modifica della superficie:
La polarità superficiale dell'allumina è forte e la sua compatibilità con l'interfaccia della matrice di resina organica è scarsa. Il trattamento di modifica della superficie, come il trattamento con agenti di accoppiamento, può migliorare l'adesione interfacciale tra l'allumina e la matrice polimerica, ridurre il fenomeno dell'agglomerazione e quindi migliorare la conduttività termica dei materiali compositi.

Considerazioni sulle applicazioni pratiche
Nelle applicazioni pratiche, oltre a considerare l'influenza della composizione della materia prima sulla conduttività termica dell'allumina, è necessario tenere presente i seguenti punti:
Tipi di matrice polimerica: Le diverse matrici polimeriche hanno effetti diversi sulla compatibilità e sulla disperdibilità della polvere termoconduttiva di allumina. Pertanto, quando si sceglie una matrice polimerica, è necessario considerare appieno la sua compatibilità con l'allumina.
Contenuto di allumina: Sebbene più alto è il contenuto di allumina, maggiore è la conducibilità termica del materiale composito, un contenuto eccessivo può portare a una diminuzione di altre proprietà del materiale composito, come quelle meccaniche o elettriche. Pertanto, è necessario determinare il contenuto di allumina appropriato in base agli scenari e ai requisiti applicativi specifici.
Condizioni di lavorazione: Anche le condizioni di miscelazione e lavorazione, come la velocità di agitazione, la temperatura e il tempo, possono influire sulla dispersione dell'allumina nel polimero e sulle prestazioni del materiale composito finale. Pertanto, è necessario un controllo rigoroso delle condizioni di lavorazione durante il processo di preparazione.

La conducibilità termica dell'allumina mostra un certo andamento al variare della temperatura e la sua conducibilità termica può essere migliorata con l'aggiunta di specifici componenti della materia prima. Nelle applicazioni pratiche, è necessario considerare in modo completo fattori quali la composizione delle materie prime, il tipo di matrice polimerica, il contenuto di allumina e le condizioni di lavorazione per preparare materiali conduttivi termici in allumina ad alte prestazioni.