رسانایی پودر آلومینیوم
رسانایی پودر آلومینیوم
رسانایی پودر آلومینیوم چیست؟چقدر است؟ و چه کاربردهایی دارد؟
فلزات بدلیل داشتن الکترون های آزاد رسانای گرما و الکریسیته می باشند.طلا، مس،نقره و آلومینیوم از قویترین رساناها هستند.
هرچه فلز خالص تر باشد رساناتر می باشد که آلومینیوم پس از آهن قویترین و سبک ترین فلز رساناست.
پودر آلومینیوم حاصل از خردایش شمش( عنصر سیزدهم جدول عناصر تناوبی مندلیف) می باشد که به دلیل ساختار فلزی خاص دارای رسانایی الکتریکی و حرارتی قابل توجهی است که در ادامه به بررسی آن می پردازیم.
-
رسانایی الکتریکی پودر آلومینیوم:
واحد اندازه گیری مقاومت رسانایی زیمنس بر متر S/m می باشد که مقدار در گرید های مختلف آلومینیوم به شرح زیر است:
– مقدار پایه: آلومینیوم خالص (99.9%) دارای رسانایی الکتریکی حدود 35-38 MS/m (مقاومت ویژه 26-28 nΩ·m)
– پودر معمولی: 10-30 MS/m (به دلیل اکسید سطحی و تخلخل)
– پودر فشرده: تا 80% رسانایی آلومینیوم جامد
چه عواملی باعث کاهش رسانایی پودر آلومینیوم میشوند:
- لایه اکسید سطحی (Al₂O₃) که مانند عایق اثر میکند.
- تخلخل و عدم تماس کامل ذرات
- ناخالصی های آلیاژی موجود
- اندازه ذرات (ذرات ریزتر مقاومت بیشتر)
-
رسانایی حرارتی پودر آلومینیوم چقدر است؟
– آلومینیوم جامد: 235 وات بر مترکلوین W/(m·K)
– پودر معمولی: 50-150 W/(m·K)
– پودر فشرده: تا 200 W/(m·K)
کاربرد رسانایی پودر آلومینیوم کجاست؟
- کامپوزیت های رسانا
- پوشش های رسانای الکتریکی
- مواد پرکننده رسانا
- خمیرهای رسانای حرارتی
نکته ایمنی پودر آلومینیوم:
رسانایی الکتریکی پودر آلومینیوم در محیط های مرطوب می تواند باعث خطرات الکتریکی شود و در صورت وجود جرقه ممکن است خطر انفجار و احتراق را داشته باشد.
کدام نوع از پودر الومینیوم رسانایی بیشتری دارد ؟
- پودر آلومینیوم کروی شکل (Spherical)
– دلیل: ذرات کروی تماس بهتری با یکدیگر برقرار می‌کنند و تراکم بالاتری دارند.
– مزیت: کاهش مقاومت الکتریکی بین ذرات.
– کاربرد: کامپوزیت‌های رسانا، پوششهای الکتریکی.
- پودر آلومینیوم با خلوص بالا (≥99.9%)
– دلیل: ناخالصی‌ها (مانند سیلیسیم و آهن) رسانایی را کاهش می‌دهند.
– مقایسه:
– آلومینیوم خالص: ~38 MS/m
– آلیاژهای آلومینیوم: 20-30 MS/m
- پودر الومینیوم با اندازه ذرات بزرگ‌تر (50-150 میکرون)
– دلیل: ذرات ریزتر سطح ویژه بیشتری دارند و لایه اکسید (Al₂O₃) بیشتری تشکیل می‌دهند.
– تأثیر اکسید: لایه اکسید عایق است و مقاومت الکتریکی را افزایش می‌دهد.
- پودر الومینیوم فشرده شده (Compressed) یا سینتر شده
– دلیل: فشردگی ذرات، تماس بین آن‌ها را بهبود می‌بخشد.
– رسانایی فشرده شده: تا 80% رسانایی آلومینیوم جامد.
- پودر الومینیوم با پوشش فلزی (مثل نقره یا مس)
– دلیل: پوشش‌دهی لایه اکسید را می‌پوشاند و رسانایی را افزایش می‌دهد.
– کاربرد: اتصالات الکترونیکی، جوهرهای رسانا.
مقایسه رسانایی انواع پودر الومینیوم:
| نوع پودر | رسانایی الکتریکی (نسبی به Al جامد) | رسانایی حرارتی (W/m·K) |
| پودر کروی خالص | 70-80% | 180-200 |
| پودر نامنظم معمولی ( پودر اتمایز یا اتمیزه) | 30-50% | 80-120 |
| پودر ریز (نانو) | 10-20% | 50-80 |
| پودر پوشش‌دار با مس | 85-90% | 210-230 |
– بهترین رسانایی پودر آلومینیوم : ذرات کروی + خلوص بالا + اندازه متوسط
– پودرهای نانو آلومینیوم به دلیل لایه اکسید ضخیم‌تر، رسانایی کمتری دارند.
رسانایی پودر آلومینیوم کجا کاربرد دارد؟
-الکتریکی: جوهرهای چاپ مدار، کامپوزیت‌های، اتصالات الکتریکی
– حرارتی: خمیرهای Thermal Interface، مواد پرکننده رادیاتورها، کامپوزیت‌های دفع حرارت
عوامل دیگری نیز بر رسانایی الکتریکی و حرارتی پودر آلومینیوم تأثیر میگذارند که عبارتند از:
-
عوامل ساختاری و فیزیکی:
الف) اندازه ذرات:
– ذرات درشت (100-500 میکرون): رسانایی بالاتر (کاهش سطح ویژه و لایه اکسید)
– ذرات ریز (نانوذرات <100 نانومتر): رسانایی پایینتر (افزایش سطح اکسیدی)
ب) شکل ذرات:
– ذرات کروی: 20-30% رسانایی بهتر نسبت به ذرات نامنظم
– ذرات پولکی(فلیک)شکل: پایینترین رسانایی به دلیل جهت گیری نامنظم
ج) تخلخل:
– افزایش 10% تخلخل ≈ کاهش 35-40% رسانایی
– فشردگی پودر میتواند رسانایی را تا 3 برابر افزایش دهد
-
عوامل شیمیایی:
الف) خلوص:
– آلومینیوم 99.99%: رسانایی 98% نمونه جامد
– ناخالصی 1% سیلیسیم: کاهش 15-20% رسانایی
ب) اکسید سطحی:
– لایه طبیعی Al₂O₃ (2-5) نانومتر: کاهش 40-60% رسانایی
– پوششهای مس/نقره: جبران 80-90% کاهش رسانایی
-
عوامل محیطی:
الف) رطوبت:
– افزایش 5% رطوبت ≈ کاهش 25% رسانایی الکتریکی
– اثر کمتر بر رسانایی حرارتی (حدود 10-15%)
ب) دما:
– افزایش دما از 25°C به 100°C:
کاهش 15-20% رسانایی الکتریکی
کاهش 10-12% رسانایی حرارتی
-
عوامل فرآیندی:
الف) روش تولید:
– اتمایز ( اتمیزه ) گازی: ذرات کروی با رسانایی بالا
– آسیاب مکانیکی: ذرات نامنظم با رسانایی پایین
ب) عملیات حرارتی:
– آنیلینگ در 400°C: بهبود 25-30% رسانایی
– عملیات در محیط خنثی (آرگون): جلوگیری از اکسیداسیون
جدول تأثیر عوامل مختف بر رسانایی پودر آلومینیوم:
| عامل | تأثیر بر رسانایی الکتریکی | تأثیر بر رسانایی حرارتی |
| اندازه ذرات | +++ | ++ |
| شکل ذرات | ++ | + |
| تخلخل | +++ | +++ |
| خلوص | ++++ | +++ |
| اکسید سطحی | ++++ | ++ |
| رطوبت | ++ | + |
| دما | ++ | ++ |
| فشردگی | ++++ | +++ |
راهکارهای بهبود رسانایی پودر آلومینیوم چیست؟
- پوشش دهی شیمیایی (Chemical Vapor Deposition)
- استفاده از افزودنی های کاهنده اکسید (مثل بوروهیدریدها)
- پرس ایزواستاتیک سرد (CIP) با فشار 200-400 MPa
- آنیلینگ در خلا با دمای 350-450°C
– در کاربردهای الکترونیکی: ذرات 50-150 میکرون کروی شکل با پوشش نقره ای
– در کاربردهای حرارتی: فشرده سازی تا 95% چگالی نظری همراه با آنیلینگ توصیه می شود.
مقدار رسانایی پودر آلومینیوم چه تاثیری روی تولید قطعه در صنایع مختلف دارد؟
رسانایی الکتریکی و حرارتی پودر آلومینیوم یکی از ویژگی‌های بسیار مهم است که روی فرایند تولید و همچنین کیفیت نهایی تولید قطعه در صنایع مختلف تأثیر بسزایی داد.
-
تاثیر در صنایع متالورژی پودر و تولید قطعات فلزی
وقتی پودر آلومینیوم با رسانایی مناسب استفاده شود، بعد از پرس و زینتر (sintering) قطعه‌ای با هدایت الکتریکی قابل قبولی تولید میشود. این موضوع برای کاربردهایی مانند قطعات الکتریکی و هیت سینک‌ها اهمیت بالایی دارد.
در مواردی که از پودر آلومینیوم با رسانایی پایین در تولید قطعه استفاده میشودبه دلیل اکسید آلومینیوم روی ذرات و تشکیل لایه اکسید روی پودر آلومینیوم، باعث کاهش رسانایی و مشکل در تراکم‌پذیری و اتصال بین ذرات قطعه تولیدی میشود که در نتیجه هدایت نهایی قطعه و استحکام مکانیکی کاهش می یابد.
-
تاثیر در صنایع هوافضا و خودروسازی
در صنایع هوافضا و خودروسازی به دلیل سبکی و هدایت حرارتی به طور معمول از این فلز استفاده میشود.
اگر پودر آلومینیوم رسانایی حرارتی قابل قبولی داشته باشد، قطعات تولیدی (مانند پره‌ها، پوسته های موتور و یا قطعات انتقال حرارت) عملکرد بهتری در هدایت گرما خواهند داشت.
و اگر مقدار کماری داشته باشد باعث ایجاد نقاط داغ (Hot Spot) در قطعه شده که استحکام و طول عمر آن را کم میکند.
-
تاثیر در صنایع الکترونیک و انرژی
استفاده از پودر آلومینیوم با رسانایی بالا در تولید باتری‌ها (مثل باتری‌های لیتیوم-یون)، برای فویل‌ها و کلکتورها اهمیت زیادی دارد تا مقاومت الکتریکی قطعه و راندمان حاصل شود.
در تولید خازن‌ها و هیت‌سینک‌ها نیز باعث کارایی بهتر در انتقال جریان یا گرما می باشد.
رسانایی الکتریکیسیته پودر آلومینیوم در صنایع شیمیایی (مثلاً تولید مواد منفجره یا رنگ‌های متالیک) اثر ایمنی بالایی دارد بطورریکه هرچه این آیتم بیشتر باشد سریع‌تر گرما را منتشر میکند و احتمال تجمع بار الکترواستاتیکی و جرقه و در نتیجه احتراق کاسته میشود.
پس هرچه رسانایی پودر آلومینوم بالاتر باشد تراکم‌پذیری بهتر، استحکام بیشتر، انتقال حرارت و الکتریسیته بالاتر و بازده قطعه افزایش می یابد و بالعکس هرچه این مقدار کمتر باشد (که معمولا ناشی از ناخالصی یا اکسید سطحی است) کیفیت اتصال ذرات کاهشی، خواص مکانیکی و الکتریکی افت کرد و مشکلات دفع حرارتی خواهیم داشت.
5.تاثیر در رزین و کامپوزیت
پودر آلومینیوم در در صنایع رزین و کامپوزیت‌های پلیمری به عنوان یک پرکننده (Filler) یا افزودنی بکار میرود.
اگر پودر بکار رفته در رزین رسانایی بالاتری داشته باشد باعث انتشار بهتر در رزین شده و کامپوزیت قابلیت رسانا یا نیمه‌رسانا بهتری خواهد داشت.
افزودن پودر آلومینیوم به رزین و کامپوزیت با رسانایی حرارتی بالا موجب میشود رزین یا گرما را بیشتر دفع نماید و خنک تر بماند.
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.