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Em cenários de alta densidade de energia como estações de base de comunicação 5G e novos sistemas de controle eletrônico de veículos de energia, placas de absorção térmica não só têm de suportar a função de perda de ondas eletromagnéticas, mas também têm de servir como canal de alta velocidade para transfer ência de calor. Uma placa de absorção de ondas com uma condutividade térmica inicial de 3,0 W/(m · K) pode realizar-se perfeitamente durante os testes de instalação, mas após centenas de ciclos térmicos, o valor de resistência térmica aumenta significativamente, a capacidade de dissipação térmica diminui e a eficiência de absorção também diminui.
Esse modo de fracasso tem uma característica facilmente ignorada: o decay não começa com a degradação dos parâmetros eletromagnéticos do preencher absorvente. A primeira coisa que o ciclo térmico destrui é a interface ligada entre as partículas de preenchimento e a matriz de polímeros. Uma vez que a força de ligação da interface é danificada pelo estresse térmico, a rede de condutividade térmica é cortada, microcracks e desligação da interface ocorrem dentro do material, e a eficiência de absorção diminuirá significativamente devido à soltidão estrutural. Em outras palavras, a falha do caminho de condução térmica é um sinal precursor do declínio do desempenho de absorção.
Incompatibilidade do coeficiente de expansão térmica: a raíz física do declínio
O coeficiente de expansão térmica de matrizes de polímeros (como silicone e poliuretano) está geralmente no intervalo de 100-300 ppm/° C, enquanto o coeficiente de expansão térmica de preenchimentos absortores comuns - carbonyl iron powder, flake FeSiAl, ferrite - está no intervalo de 5-15 ppm/° C. A diferença entre os dois é mais de uma ordem de magnitude.
Durante o processo de ciclo térmico, a magnitude da expansão e contração da matriz é muito maior que a das partículas de preenchimento. Essa diferença gera estresse periódico de corte na interface de matriz de partículas. Cada ciclo térmico acumula microdanos na interface, e depois de centenas de ciclos, o desondeamento da interface e as microquebrações se expandem de redes locais para redes contínuas. A via de condutividade térmica depende do estreito contato entre partículas e o envolvimento contínuo da matriz. Uma vez que a interface se desliga, o caminho de transfer ência de calor é cortado, e a resistência térmica aumenta em consequência.
Para o preenchimento de folhas, há um fator estrutural mitigante para esse problem a. O tamanho no plano das partículas semelhantes à folha é muito maior que sua espessura, e a matriz tem uma área de "envolvimento" maior para partículas semelhantes à folha durante a expansão térmica, resultando em mais pontos de contato de interface por unidade de volume. Mesmo que algumas interfaces experimentem desbloqueio parcial, as superfícies restantes de contato ainda podem manter o caminho básico de condução de calor. O contato entre partículas esféricas é o contato de pontos, e uma vez desondeado, toda a cadeia térmica quebra; O contato entre partículas como folhas é contato de superfície, o que tem maior redundância.
Como melhorar a estabilidade do ciclo térmico com morfologia semelhante a folhas
A tolerância de partículas como folhas ao ciclo térmico não é determinada apenas pela geometria de contato, mas também pela sua estrutura de orientação. No processo de orientação do campo magnético, partículas semelhantes a folhas são organizadas em paralelo ao longo da direção do plano, formando um caminho contínuo de condução térmica ao longo do plano da folha. Quando a matriz se expande durante o ciclo térmico, a mudança de posição relativa entre as partículas semelhantes à folha é relativamente pequena porque já formaram uma sobreposição estreita na direção de orientação. O estresse gerado pelo incumprimento da expansão térmica é mais liberado na direção da interface entre folhas, em vez de separar o espaço de partículas perpendicular ao plano da folha.
Os resultados da simulação de dinâmica molecular sustentam esse julgamento: no sistema composto de partículas/polímeros de folha orientado, a anisotropia do coeficiente de expansão térmica diminui e o coeficiente de expansão térmica na direção da espessura está mais próximo ao valor intrínseco do preencher. Isso significa que no ciclo térmico, as mudanças de tamanho do material são mais previsíveis, e as mudanças cumulativas de tensão na interface são menores.
No entanto, a orientação das folhas não pode completamente eliminar a degradação do ciclo térmico. Se a temperatura de transição de vidro da matriz estiver próxima ou inferior ao limite superior da temperatura de trabalho do ciclo térmico, a matriz entra em um alto estado elástico a altas temperaturas, o módulo cai fortemente e a força de restrição das partículas semelhantes à folha fraca. Neste ponto, as partículas podem sofrer relaxamento de orientação sob estresse térmico, e a via de condução térmica originalmente ordenada gradualmente se desintegra.
Características de baixa volatilidade: indicadores de confiabilidade a longo prazo ignorados
Outro fator acelerador para a degradação do ciclo térmico é a pequena molécula volátil na resina da matriz. Durante o processo de ciclo de temperatura, componentes de resin a incompletamente curados e aditivos de baixo peso molecular podem migrar para a região da interface, formando uma camada de limite fraca. Essas camadas fracas de limite são mais propensas a desondar sob estresse térmico, e substâncias voláteis podem acumular na cavidade selada e contaminar componentes de precisão adjacentes.
Os requisitos para compostos voláteis em padrões de material de classe aeroespacial podem ser usados como referência. De acordo com o padrão ASTM E595, os produtos com perda de massa total (TML) controlados abaixo de 1% e a matéria volátil condensável (CVCM) controlada abaixo de 0,1% têm níveis extremamente baixos de liberação de matéria volátil a longo prazo. Para cenários de alta densidade que requerem operação contínua a longo prazo, escolher uma placa de baixa volatilidade absorvente pode efetivamente reduzir o risco de degradação do ciclo térmico causada pelo enfraquecimento da interface.
O julgamento do ciclo térmico na seleção
Para placas de ondas absorventes térmicas, não basta focar apenas na resistência térmica e na condutividade térmica à temperatura ambiente. As três dimensões seguintes determinam diretamente o desempenho a longo prazo de materiais em condições de ciclo térmico.
Grado correspondente de coeficiente de expansão térmica
Ao selecionar, os dados do coeficiente de expansão térmica das partículas e matriz de preenchimento, bem como a taxa de mudança de tamanho do material dentro do intervalo de -40 °C a 125 °C (ou o limite superior da temperatura de aplicação), devem ser confirmados com o fornecedor. Quanto menor a diferença nos coeficientes de expansão térmica, mais lenta a taxa de tensão acumulada na interface. Para cenários em que valores específicos não podem ser obtidos, é possível solicitar o fornecimento de dados sobre a taxa de mudança de resistência térmica antes e após o ciclo térmico.
Retenção de resistência térmica após ciclo térmico
Um baixo valor inicial de resistência térmica não significa que permaneça baixo após ciclo térmico. Os fornecedores devem ser obrigados a fornecer dados de resistência térmica após pelo menos 500 (preferentemente 1000) ciclos térmicos e comparar com o valor inicial. Materiales com uma taxa de retenção de resistência térmica de mais de 80% têm ligações estáveis de interface durante o ciclo térmico; Se é inferior a 70%, significa que o caminho de condução térmica sofreu uma degradação significativa.
A relação entre a temperatura de transição de vidro do substrato e a temperatura de trabalho
O Tg da matriz deve ser pelo menos 20-30 ° C superior à temperatura máxima de funcionamento do cenário de aplicação. Se o Tg se aproximar do limite superior da temperatura de funcionamento, o módulo da matriz diminui a altas temperaturas, a força de restrição das partículas semelhantes à folha fraca e a estrutura de orientação pode relaxar. Para cenários contínuos de alta temperatura, como controle eletrônico automóvel e amplificadores de estação de base, materiais absorventes sólidos como folhas baseados em poliímide ou resin a resistente a alta temperatura devem ser selecionados, com um Tg de 250 ° C ou superior.
O material composto de absorvente/poliímido resistente a alta temperatura com estrutura de folha orientada mostra excelente desempenho de absorção radar na faixa de frequência 1-8 GHz. Após tratamento de alta temperatura a 450 ° C/1h, os parâmetros eletromagnéticos mudam pouco quando a proporção de doping é de 50% -60%. Esses dados indicam que através da seleção de uma matriz resistente a alta temperatura e controle da relação de doping de enchimentos, a estabilidade do ciclo térmico pode ser significativamente melhorada ao mesmo tempo que mantém o desempenho de absorção.
Advanced Institute (Shenzhen) Technology Co., Ltd.Os produtos de folhas de estado sólido na série de material absorvente da marca R&D Platinum cobrem a banda de frequência de 1-18 GHz e apoiam o design personalizado do ângulo de orientação das partículas de folhas e a razão de preenchimento.
O sistema de matriz pode ser feito de poliímide resistente a alta temperatura ou resina époxi, e o intervalo de resistência à temperatura pode ser ajustado dentro do intervalo de -40 °C a 200 °C de acordo com a seleção da matriz. O produto pode fornecer formas de corte de folha, rolamento e precisão, e suporta opções de adesivo condutivo térmico para estabelecer um caminho térmico contínuo da camada absorvente para o substrato de dissipação de calor. Para mais informação técnica, visitehttp://www.avanzado.cn/.