کاربید سیلیکون سیاه در چسبهای رسانا و پوششهای محافظ الکترومغناطیسی کاربرد دارد
کاربید سیلیکون سیاه، به دلیل خواص نیمهرسانایی (مقاومت قابل کنترل)، رسانایی حرارتی خوب، مقاومت در برابر دمای بالا، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر اسید و قلیا و هزینه بسیار کمتر از پودر نقره، پودر نیکل و نانولولههای کربنی، به طور گسترده به عنوان یک پرکننده کاربردی کامپوزیت در چسبهای رسانای کم تا متوسط، چسبهای رسانای حرارتی و الکتریکی و پوششهای محافظ الکترومغناطیسی EMI صنعتی استفاده میشود. این ماده به تنهایی برای محافظ رسانایی بالا قابل استفاده نیست و بیشتر با پودرهای کربن سیاه، گرافیت و فلزات ترکیب میشود که مزایای چهارگانه “رسانایی + رسانایی حرارتی + مقاومت در برابر سایش + مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر دمای بالا” را برجسته میکند. این ماده برای خودرو، کنترل صنعتی، الکترونیک دمای بالا و تجهیزات ذخیره انرژی مناسب است. کاربید سیلیکون سبز، به دلیل عایق بودن بالا، برای این کاربرد کاملاً نامناسب است.
I. کاربرد پودر میکرو کاربید سیلیکون سیاه در چسبهای رسانا
ماتریسهای چسب رسانا عمدتاً از اپوکسی، سیلیکون و پلی اورتان تشکیل شدهاند. کاربید سیلیکون سیاه به دو مسیر اصلی تقسیم میشود: پرکننده تکی (آنتیاستاتیک) و پرکننده مرکب (رسانا/محافظ). این موارد بر اساس سناریوهای کاربردی خود طبقهبندی میشوند:
(I) چسب رسانای آنتی استاتیک
مناسب برای: اتصال قطعاتی که نیاز به تخلیه استاتیک دارند و برای اتصال کوتاه کامل مناسب نیستند، از جمله ماژولهای باتری لیتیومی، نصب PCB، اتصال بدنه آنتی استاتیک، جعبههای اتصال فتوولتائیک و ماژولهای کنترل صنعتی قابل اشتعال/انفجار.
مزایای اصلی:
۱. لایه چسب رسانای حرارتی، کمک به اتلاف گرما هنگام اتصال اجزای گرمازا؛
۲. مقاوم در برابر الکترولیت و رطوبت، جلوگیری از خوردگی و خرابی الکترولیت در حین اتصال در بستههای باتری برق؛
۳. مقاوم در برابر سایش و ارتعاش، حفظ رسانایی و جلوگیری از پودر شدن حتی در محیطهای ناهموار خودرو.
(II) سناریوهای رسانای حرارتی و چسب رسانا
: اتصال ماژولهای IGBT، دستگاههای شارژ پیل برق، اینورترها، منابع تغذیه خودرو و اجزای برق فتوولتائیک، که نیاز به اتصال زمین رسانا و اتلاف سریع گرما دارند.
ویژگیها: عملکرد اتصال بدون تغییر در دماهای بالا (180 درجه سانتیگراد در دراز مدت)، بدون کاهش رسانایی و هدایت حرارتی؛ برخلاف چسب نقره که بسیار گران است، برای تولید انبوه دستگاههای برق صنعتی مناسب است. (III) درزگیر رسانای دمای بالا: چسب رسانای ارگانوسیلیکون پر شده با کاربید سیلیکون سیاه، که برای آببندی و اتصال عناصر گرمایشی دمای بالا و اتصالات سیمی دمای بالا استفاده میشود: رسانایی پایدار در دمای 200 تا 400 درجه سانتیگراد؛ پرکنندههای فلزی در دماهای بالا اکسید میشوند و از بین میروند، در حالی که کاربید سیلیکون سیاه اکسید نمیشود؛ مقاوم در برابر گاز دودکش دمای بالا و خوردگی فرار اسیدی/قلیایی، که آببندی، رسانایی و مقاومت در برابر حرارت را با هم ترکیب میکند.
(IV) چسب رسانای انعطافپذیر: چسب رسانای انعطافپذیر پلییورتان با پودر کاربید سیلیکون سیاه بسیار ریز (3000 تا 5000 مش)، که برای اتصال غلافهای کابل آنتیاستاتیک و اتصالات شلنگ لاستیکی آنتیاستاتیک استفاده میشود. لایه چسب هنگام خم شدن ترک نمیخورد و مسیر رسانا تحت تغییر شکل مکرر بدون تغییر باقی میماند. مقاوم در برابر روغن و فرسودگی.
II. کاربرد میکروپودر کاربید سیلیکون سیاه در پوششهای محافظ الکترومغناطیسی (EMI) پوششهای
محافظ الکترومغناطیسی برای جذب و تضعیف امواج الکترومغناطیسی به اتلاف رسانایی، اتلاف قطبش دیالکتریک و بازتابهای چندگانه متکی هستند. SiC سیاه به ندرت به تنهایی برای محافظ بالا استفاده میشود؛ عمدتاً در ترکیب با کربن سیاه، پودر آهن کربونیل و پودر نیکل استفاده میشود و به سه دسته تقسیم میشود: محافظ کنترل صنعتی غیرنظامی، محافظ دمای بالا و محافظ سازگار با جذب مایکروویو.
(I) پوششهای محافظ الکترومغناطیسی صنعتی عمومی (محفظههای تجهیزات، شاسی، جعبههای کنترل الکتریکی)
مناسب برای: مبدلهای فرکانس، شاسی سرور، روترهای صنعتی، محفظههای شمع شارژ، تجهیزات امنیتی، محافظ تداخل فرکانس رادیویی 300 مگاهرتز تا 10 گیگاهرتز.
(II) پوششهای محافظ الکترومغناطیسی دما بالا (کنترل صنعتی دما بالا، هوابرد هواپیما، کنترل الکتریکی متالورژیکی)
پرکنندههای فلزی معمولی (آلومینیوم، نیکل) در دمای بالاتر از 200 درجه سانتیگراد اکسید میشوند و باعث خرابی سریع محافظ میشوند؛ سیستمهای مقاوم در برابر دمای بالای کاربید سیلیکون سیاه برای شرایط عملیاتی 200 تا 450 درجه سانتیگراد مناسب هستند.
(III) پوششهای محافظ جاذب (رادار، تجهیزات RF، محافظ جذب) محافظهای مرسوم بر بازتاب امواج الکترومغناطیسی متکی هستند که به راحتی میتوانند باعث تداخل ثانویه شوند. کاربید سیلیکون سیاه همراه با پودر آهن فریت و کربونیل یک پوشش محافظ جاذب ایجاد میکند که در آن امواج الکترومغناطیسی توسط تلفات دیالکتریک و مغناطیسی درون پوشش جذب میشوند و در نتیجه بازتاب بسیار کمی دارند.
(IV) پوششهای دو در یک محافظ آنتیاستاتیک (کارگاههای قابل اشتعال و انفجار، کارخانههای باتری لیتیومی) این پوششها باید هم از ابزارهای دقیق در برابر تداخل الکترومغناطیسی خارجی محافظت کنند و هم الکتریسیته ساکن را برای جلوگیری از انفجار تخلیه کنند. کنترل دقیق محتوای پرکننده کاربید سیلیکون سیاه منجر به یک پوشش با امپدانس بالا میشود: از تجمع الکتریسیته ساکن جلوگیری میکند و از رسانایی کامل که میتواند باعث اتصال کوتاه و جرقه شود، جلوگیری میکند. این پوششها که با مقدار کمی کربن سیاه برای تنظیم دقیق محافظ ترکیب شدهاند، معمولاً در خطوط تولید باتری لیتیومی و اتاقهای ابزار شیمیایی استفاده میشوند.
(V) سناریوهای تخصصی شیلدینگ
۱. پوشش محافظ ضد خوردگی خط لوله: SiC سیاه جریانهای سرگردان را روی دیواره داخلی خطوط لوله رسانای شیمیایی محافظت میکند، ضمن اینکه در برابر خوردگی اسیدی و قلیایی نیز مقاومت کرده و از خوردگی الکتروشیمیایی خطوط لوله جلوگیری میکند.
۲. رنگ محافظ اینورتر فتوولتائیک: ترکیبی از محافظ، اتلاف گرما و مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش، مشکل تجمع گرما در اینورترهای آببندی شده را حل میکند.
۳. پوشش محافظ کابل: پوشش سطح کابل اکسترود شده، انعطافپذیر و مقاوم در برابر خمش، مناسب برای شرایط آب و هوایی فضای باز.
III. تمایزات کلیدی بین کاربید سیلیکون سبز و کاربید سیلیکون سیاه: کاربید سیلیکون سبز خلوص و مقاومت ویژه بسیار بالایی دارد و یک پرکننده عایق است؛ این ماده برای چسبهای رسانا یا محافظ الکترومغناطیسی کاملاً نامناسب است. کاربید سیلیکون سیاه رسانایی نیمههادی خود را از طریق ناخالصیهای طبیعی به دست میآورد و تنها نوع کاربید سیلیکون مناسب برای محافظ رسانا است؛ آنها نباید به جای یکدیگر استفاده شوند.