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En escenarios de alta densidad de potencia, como estaciones base de comunicación 5G y sistemas de control eléctrico de vehículos de Nueva energía, las absorbentes térmicas no solo deben asumir la función de pérdida de ondas electromagnéticas, sino también servir como canales de alta velocidad para la transmisión de calor. Una placa de absorción con una conductividad térmica inicial nominal de 3,0 W / (m · k) puede comportarse perfectamente en la prueba instalada, pero después de cientos de ciclos térmicos, la resistencia térmica aumenta significativamente, la capacidad de disipación de calor disminuye y la eficiencia de absorción también disminuye.
Este modo de falla tiene una característica fácilmente ignorada: el declive no comienza con el deterioro de los parámetros electromagnéticos del relleno absorbente. Lo primero que destruye el ciclo térmico es la Unión de la interfaz entre las partículas rellenas y la matriz de polímero. Una vez que la fuerza de Unión de la interfaz se rompe debido a la tensión térmica, la red de conducción de calor se corta, se producen microcracks y desprendimiento de la interfaz en el interior del material, la eficiencia de absorción de ondas disminuirá considerablemente debido a la estructura suelta. En otras palabras, la falla de la vía de conducción térmica es una señal precursor de la disminución del rendimiento de absorción de ondas.
Desajuste del coeficiente de expansión térmica: la causa física del declive
El coeficiente de expansión térmica de las matrices de polímeros (como silicona y poliuretano) suele ser de la magnitud de 100 - 300 ppm / ° c, mientras que el coeficiente de expansión térmica de los rellenos absorbentes comunes - polvo de hierro carbonil, fesial en forma de escamas, ferritas - está dentro del rango de 5 - 15 ppm / ° c. La diferencia entre los dos es de más de un orden de magnitud.
Durante el ciclo térmico, la expansión y contracción de la matriz es mucho mayor que la de las partículas de relleno. Esta diferencia produce un esfuerzo de cizallamiento periódico en la interfaz partícula - matriz. Cada ciclo térmico acumula micro - daños en la interfaz, y después de cientos de ciclos, la adherencia de la interfaz y las microcracks se expanden de local a red continua. El camino de conducción térmica depende del contacto cercano entre las partículas y el paquete continuo de la matriz. una vez que la interfaz se deshace, el camino de transmisión de calor se corta y la resistencia térmica aumenta.
Para los rellenos en forma de escamas, este problema tiene un alivio estructural. El tamaño en la superficie de las partículas en forma de escamas es mucho mayor que el espesor, el área de "encapsulamiento" de la matriz de las partículas en forma de escamas es mayor cuando se expanden térmicas, y hay más puntos de contacto de interfaz en el volumen unitario. Incluso si se produce un desprendimiento local de algunas interfaces, las superficies de contacto restantes todavía pueden mantener la ruta básica de conducción de calor. El contacto de las partículas esféricas es un contacto puntual, una vez desconectado, toda la cadena de conducción térmica se rompe; El contacto de las partículas en forma de escamas es un contacto superficial, con una mayor redundancia.
Cómo mejorar la estabilidad del ciclo térmico con la morfología de la placa
La tolerancia de las partículas en forma de escamas al ciclo térmico no solo proviene de la geometría de contacto, sino que también está relacionada con la estructura de orientación. En el proceso de orientación del campo magnético, las partículas en forma de placa están dispuestas en paralelo en la dirección interior del plano, formando un canal continuo de conducción térmica a lo largo del plano de la placa. Cuando la matriz se expande en el ciclo térmico, la posición relativa entre las partículas en forma de escamas cambia menos, ya que han formado una estrecha unión en la dirección de orientación. El estrés causado por el desajuste de expansión térmica se libera más a lo largo de la dirección de la interfaz entre las láminas que para abrir la distancia entre las partículas perpendicularmente al plano de las láminas.
Los resultados de la simulación de Dinámica molecular apoyan este juicio: en los sistemas compuestos de partículas / polímeros en forma de escamas orientados, la heterogeneidad del coeficiente de expansión térmica disminuye, y el coeficiente de expansión térmica en la dirección del espesor está más cerca del valor inherente del relleno. Esto significa que en el ciclo térmico, los cambios de tamaño del material son más predecibles y la acumulación en la interfaz debe cambiar menos.
Pero la orientación en forma de escamas no elimina completamente el declive del ciclo térmico. Si la temperatura de transición vítrea de la matriz está cerca o por debajo del límite superior de la temperatura de trabajo del ciclo térmico, la matriz entra en un Estado de alta elasticidad a alta temperatura, el módulo disminuye drásticamente y la fuerza vinculante sobre las partículas en forma de escamas se debilita. En este momento, las partículas pueden sufrir relajación de orientación bajo tensión térmica, y las vías de conducción térmica originalmente ordenadas se desintegran gradualmente.
Características de baja volatilidad: indicadores de fiabilidad a largo plazo ignorados
Otro factor de aceleración del declive del ciclo térmico son las pequeñas moléculas volátiles en la resina de matriz. Durante el ciclo de temperatura, los componentes de resina no completamente curados y los aditivos de bajo peso molecular pueden migrar a la zona de la interfaz, formando una capa límite débil. Estas débiles capas límite son más propensas a la adherencia bajo tensión térmica, mientras que los volátiles pueden contaminar los componentes de precisión adyacentes después de acumularse en una cavidad cerrada.
Los requisitos de las normas de materiales de grado espacial para los compuestos volátiles pueden utilizarse como referencia. Con referencia a la norma ASTM e595, los productos con pérdidas totales de masa (tml) controladas por debajo del 1% y volátiles condensables (cvcm) controladas por debajo del 0,1% tienen emisiones volátiles a largo plazo en niveles extremadamente Bajos. Para escenarios de alta densidad de potencia que requieren un funcionamiento continuo a largo plazo, la selección de absorbedores de baja volatilidad puede reducir efectivamente el riesgo de deterioro del ciclo térmico causado por el debilitamiento de la interfaz.
Juicio del ciclo térmico en la selección del modelo
Para las absorbentes térmicas, no es suficiente centrarse solo en la resistencia térmica y la conductividad térmica a temperatura ambiente. Las siguientes tres dimensiones determinan directamente el rendimiento a largo plazo del material en condiciones de ciclo térmico.
Grado de coincidencia del coeficiente de expansión térmica
Al seleccionar el modelo, se deben confirmar al proveedor los datos del coeficiente de expansión térmica de las partículas rellenas con la matriz, así como la tasa de variación del tamaño del material entre - 40 ° C y 125 ° c (o el límite superior de temperatura de aplicación). Cuanto menor sea la diferencia del coeficiente de expansión térmica, más lenta será la velocidad de deformación acumulada en la interfaz. Para los escenarios en los que no se pueden obtener valores específicos, se pueden solicitar datos sobre la tasa de variación de la resistencia térmica antes y después del ciclo térmico.
Tasa de retención de resistencia térmica después del ciclo térmico
El bajo valor de resistencia térmica inicial no significa que siga siendo bajo después del ciclo térmico. Se pedirá al proveedor que proporcione datos de resistencia térmica después de al menos 500 ciclos térmicos (preferiblemente 1000) y los compare con los valores iniciales. Los materiales con una tasa de retención de resistencia térmica superior al 80% tienen una interfaz básicamente estable unida en el ciclo térmico; Por debajo del 70%, significa que las vías de conducción térmica se han degradado significativamente.
Relación entre la temperatura de transición vítrea de la matriz y la temperatura de trabajo
El Tg de la matriz debe estar al menos entre 20 y 30 ° C por encima de la temperatura máxima de funcionamiento del escenario de aplicación. si el Tg se acerca al límite superior de la temperatura de funcionamiento, el módulo de la matriz disminuye a altas temperaturas, la fuerza vinculante sobre las partículas en forma de escamas se debilita y la estructura de orientación puede relajarse. Para escenarios de alta temperatura continua, como el control eléctrico del automóvil y el amplificador de potencia de la estación base, se debe seleccionar un material absorbente de ondas en láminas sólidas con poliimida o resina resistente a alta temperatura como matriz, cuyo Tg puede alcanzar más de 250 ° c.
Los materiales compuestos absorbentes / Poliimidas resistentes a altas temperaturas con estructuras en forma de escamas direccionales muestran excelentes propiedades absorbentes de radar en la banda de 1 a 8 ghz. después del tratamiento de alta temperatura de 450 ° C / 1h, los parámetros electromagnéticos varían menos cuando la proporción de dopaje es del 50% al 60%. Estos datos muestran que al seleccionar una matriz resistente a altas temperaturas y controlar la proporción de dopaje de relleno, se puede mejorar significativamente la estabilidad del ciclo térmico manteniendo las propiedades de absorción de ondas.
Academia avanzada (shenzhen) Technology co., Ltd.Los productos en láminas de estado sólido de la serie de materiales absorbentes de ondas de la marca de platino de investigación cubren la banda de 1 a 18 GHz y admiten un diseño personalizado del ángulo de orientación y la proporción de llenado de las partículas en láminas.
El sistema de matriz puede elegir poliimida resistente a altas temperaturas o resina epoxi, y el rango de resistencia a la temperatura se puede ajustar entre - 40 ° C y 200 ° C de acuerdo con la selección de la matriz. El producto puede proporcionar láminas, bobinas y formas de troquelado de precisión, admitiendo opciones de pegamento trasero térmico para establecer una vía térmica continua desde la capa absorbente hasta el sustrato disipador de calor. Para más información técnica, visitehttp://www.avanzado.cn/.