کاربرد پودر الماس در اتلاف گرما برای تراشههای پیشرفته
با تکامل سریع قدرت محاسباتی هوش مصنوعی و افزایش چالشهای مدیریت حرارتی پیش روی تراشههای سطح بالا، الماس – مادهای با رسانایی حرارتی استثنایی – به عنوان یک ماده نیمهرسانای جدید امیدوارکننده در حال ظهور است.
هدایت حرارتی برتر الماس از ریزساختار منحصربهفرد آن ناشی میشود، جایی که انتقال حرارت عمدتاً به ارتعاشات شبکه متکی است. انرژی پیوند بسیار بالای پیوندهای C-C و جرم کم اتم های کربن، ارتعاش اتمی را در مجاورت حداقل انرژی پتانسیل محدود می کند. این ویژگی رسانایی حرارتی فوق العاده بالایی را به مواد می دهد. به طور همزمان، از آنجایی که تمام الکترون های ظرفیت الماس درگیر پیوند هستند و نمی توانند آزادانه حرکت کنند، این ماده به عنوان یک عایق الکتریکی عالی عمل می کند. این ترکیب از رسانایی حرارتی بالا و عایق الکتریکی به طور قابل توجهی کاربردهای بالقوه آن را گسترش می دهد.
پودرهای الماس در مقیاس میکرو یا نانو – که با توزیع اندازه ذرات باریک، مورفولوژی مطلوب، خلوص بالا و حداقل نقص داخلی مشخص می شوند – رسانایی حرارتی فوق العاده ای از خود نشان می دهند. آنها را می توان در کامپوزیت های زمینه فلزی برای استفاده به عنوان سینک گرما یا بسترهای اتلاف حرارت استفاده کرد یا به عنوان پرکننده های کاربردی در تولید مواد رابط حرارتی مانند خمیرهای حرارتی، چسب ها و پدها استفاده کرد.
**تهیه ریز پودر الماس**
در حال حاضر، روش صنعتی اولیه برای تولید ریز پودر الماس، سنتز استاتیکی در دمای بالا و فشار بالا (HTHP) و سپس خرد کردن است. در این فرآیند از ذرات الماس تک بلوری دانه درشت – سنتز شده از طریق روش HTHP ساکن – به عنوان ماده خام استفاده می شود که سپس تحت خرد شدن، خالص سازی و طبقه بندی قرار می گیرد.
**(1) تهیه مواد اولیه الماس**
روش HTHP از پودر گرافیت و پودر کاتالیزور فلزی به عنوان مواد اولیه اولیه استفاده می کند. در شرایط دمای بالا (معمولاً 1300-1700 درجه سانتیگراد) و فشار بالا (5-7 گیگا پاسکال)، کاتالیزور انتقال فاز را تسهیل می کند که منبع کربن (گرافیت) را به الماس تبدیل می کند.
** (2) سنگ زنی و شکل دادن **
فرآیندهای آسیاب و شکل دهی مستقیماً بر مورفولوژی ذرات و بازده اندازه ذرات هدف تأثیر می گذارد. به طور کلی، دو روش اساسی برای کاهش مواد نسبتاً درشت به اندازه های میکرون یا زیر میکرون وجود دارد: ضربه مکانیکی و فرز جت.
(3) طبقه بندی
طبقه بندی اندازه ذرات یک مرحله مهم در فرآیند تولید ریزپودر الماس است که مستقیماً بر راندمان تولید و کیفیت محصول تأثیر می گذارد. در حال حاضر، بسیاری از تولیدکنندگان از ترکیبی از روشهای رسوبگذاری طبیعی و سانتریفیوژ برای تولید طیف کاملی از گریدهای میکروپودر، از ریز تا درشت استفاده میکنند.
کاربرد رسانایی حرارتی I: راه حل بهینه برای پرکننده های حرارتی
پرکننده های حرارتی در یک ماتریس پلیمری (مانند رزین سیلیکون یا اپوکسی) پراکنده می شوند تا یک ماده کامپوزیت را تشکیل دهند. این ماده شکافهای میکروسکوپی بین اجزای مولد گرما و سینکهای حرارتی را پر میکند، در نتیجه مقاومت حرارتی تماسی را کاهش میدهد و یک شبکه هدایت حرارتی پیوسته ایجاد میکند تا گرمای انباشته شده را به سرعت دفع کند. این پرکنندهها بهعنوان مواد خام اصلی برای مواد رابط حرارتی – از جمله گریس حرارتی، پدها و ترکیبات گلدانی – مستقیماً کارایی و پایداری سیستم مدیریت حرارتی را تعیین میکنند.
کاربرد رسانایی حرارتی 2: مواد کامپوزیت الماس/فلز با کارایی بالا
بر اساس خواص فیزیکی عالی الماس مانند هدایت حرارتی بالا، ضریب انبساط کم و چگالی کم، محققان در سالهای اخیر در حال توسعه مواد کامپوزیتی بسیار رسانای حرارتی مبتنی بر فلز با استفاده از ذرات الماس به عنوان تقویتکننده هستند. خواص ترموفیزیکی عالی مواد کامپوزیت الماس/فلز به آن پتانسیل کاربردی مهمی در زمینه بسته بندی می دهد.
با افزایش تقاضا برای مدیریت حرارتی، پودر الماس برای رشد قابل توجهی آماده است. با پیشرفتهای مداوم در اصلاح سطح و فنآوریهای پردازش کامپوزیت، محدودیتهای فعلی در مورد کاربردهای سطحی به تدریج برطرف خواهد شد و پودر الماس را به یک ماده حیاتی و ضروری برای مدیریت حرارتی پیشرفته در صنعت نیمهرسانا تبدیل میکند.