Черный карбид кремния используется в токопроводящих клеях и покрытиях для электромагнитного экранирования.
Черный карбид кремния, благодаря своим полупроводниковым свойствам (контролируемое удельное сопротивление), хорошей теплопроводности, термостойкости, износостойкости, кислото- и щелочестойкости, а также гораздо более низкой стоимости по сравнению с порошком серебра, никеля и углеродными нанотрубками, широко используется в качестве композитного функционального наполнителя в низко- и среднепроводящих клеях, термо- и электропроводящих клеях и промышленных покрытиях для экранирования электромагнитных помех. Он не может использоваться в чистом виде для экранирования с высокой проводимостью и в основном компаундируется с сажей, графитом и металлическими порошками, подчеркивая преимущества «четырех в одном»: «проводимость + теплопроводность + износостойкость + коррозионная стойкость и термостойкость». Он подходит для автомобильной промышленности, промышленного управления, высокотемпературной электроники и оборудования для хранения энергии. Зеленый карбид кремния, из-за своей высокой изоляционной способности, совершенно непригоден для этого применения.
I. Применение микропорошка черного карбида кремния в токопроводящих клеях.
Проводящие клеевые матрицы в основном состоят из эпоксидной смолы, силикона и полиуретана. Черный карбид кремния подразделяется на два основных типа: с одним наполнителем (антистатический) и с составным наполнителем (проводящий/экранирующий). Они далее классифицируются в зависимости от областей применения:
(I) Антистатический проводящий клей.
Подходит для: склеивания компонентов, требующих статического разряда и не предназначенных для полного короткого замыкания, включая модули литиевых батарей, монтаж печатных плат, антистатическое склеивание корпусов, фотоэлектрические распределительные коробки и легковоспламеняющиеся/взрывоопасные промышленные модули управления.
Основные преимущества:
1. Теплопроводящий клеевой слой, способствующий рассеиванию тепла при склеивании компонентов, выделяющих тепло;
2. Устойчивость к электролиту и влаге, предотвращающая коррозию электролита и его разрушение во время склеивания внутри аккумуляторных батарей;
3. Износостойкость и виброустойчивость, сохраняющие проводимость и предотвращающие образование порошка даже в условиях неровной дороги.
(II) Сценарии применения теплопроводящих и проводящих клеевых соединений
: соединение модулей IGBT, устройств зарядки аккумуляторных батарей, инверторов, источников питания транспортных средств и фотоэлектрических силовых компонентов, требующее проводящего заземления и быстрого рассеивания тепла.
Особенности: Неизменные характеристики склеивания при высоких температурах (180℃ в течение длительного времени), без снижения проводимости и теплопроводности; в отличие от чрезвычайно дорогого серебряного клея, подходит для массового производства промышленных силовых устройств. (III) Высокотемпературный проводящий герметик: Органокремниевый проводящий клей, наполненный черным карбидом кремния, используется для герметизации и склеивания высокотемпературных нагревательных элементов и высокотемпературных соединений жгутов проводов: стабильная проводимость при 200–400℃; металлические наполнители окисляются и разрушаются при высоких температурах, в то время как черный карбид кремния не окисляется; устойчив к высокотемпературным дымовым газам и кислотно-щелочной коррозии, сочетает в себе герметизацию, проводимость и термостойкость.
(IV) Гибкий проводящий клей: Полиуретановый гибкий проводящий клей с добавлением ультратонкого черного порошка карбида кремния (3000–5000 меш), используемый для склеивания антистатических оболочек кабелей и антистатических соединений резиновых шлангов. Клеевой слой не трескается при изгибе, а проводящий путь остается неизменным при многократных деформациях; масло- и стареющий.
II. Применение микропорошка черного карбида кремния в покрытиях для электромагнитного экранирования (ЭМИ). Покрытия
для электромагнитного экранирования используют потери проводимости, потери диэлектрической поляризации и многократные отражения для поглощения и ослабления электромагнитных волн. Черный карбид кремния редко используется в чистом виде для обеспечения высокой степени экранирования; он в основном используется в сочетании с сажей, порошком карбонильного железа и никелевым порошком и подразделяется на три категории: экранирование для гражданского промышленного контроля, высокотемпературное экранирование и экранирование, совместимое с поглощением микроволнового излучения.
(I) Универсальные промышленные электромагнитные экранирующие покрытия (корпуса оборудования, шасси, блоки управления электрооборудованием).
Подходят для: преобразователей частоты, шасси серверов, промышленных маршрутизаторов, корпусов зарядных устройств, оборудования безопасности, экранирования радиочастотных помех в диапазоне 300 МГц ~ 10 ГГц.
(II) Высокотемпературные электромагнитные экранирующие покрытия (высокотемпературный промышленный контроль, авиационная техника, металлургический электротехнический контроль).
Обычные металлические наполнители (алюминий, никель) окисляются при температуре выше 200℃, вызывая быстрое разрушение экранирования; высокотемпературные системы на основе черного карбида кремния подходят для условий эксплуатации 200–450℃.
(III) Поглощающие экранирующие покрытия (радиолокаторы, радиочастотное оборудование, поглощающее экранирование) Традиционное экранирование основано на отражении электромагнитных волн, что легко может вызывать вторичные помехи. Черный карбид кремния в сочетании с порошком феррита и карбонильного железа создает поглощающее экранирующее покрытие, в котором электромагнитные волны поглощаются за счет диэлектрических и магнитных потерь внутри покрытия, что приводит к чрезвычайно низкому отражению.
(IV) Антистатические экранирующие покрытия «два в одном» (для цехов, работающих с легковоспламеняющимися и взрывоопасными материалами, заводов по производству литиевых батарей). Эти покрытия должны одновременно защищать прецизионные приборы от внешних электромагнитных помех и отводить статическое электричество для предотвращения взрывов. Точный контроль содержания черного карбида кремния в качестве наполнителя обеспечивает покрытие с высоким импедансом: предотвращает накопление статического электричества и исключает полную проводимость, которая может вызвать короткие замыкания и искры. В сочетании с небольшим количеством технического углерода для точной настройки экранирования эти покрытия широко используются на линиях производства литиевых батарей и в помещениях для химических приборов.
(V) Специализированные сценарии экранирования
1. Антикоррозионное защитное покрытие для трубопроводов: Черный карбид кремния экранирует блуждающие токи на внутренней стенке химически проводящих трубопроводов, а также препятствует кислотной и щелочной коррозии и предотвращает электрохимическую коррозию трубопроводов;
2. Защитная краска для фотоэлектрических инверторов: сочетает в себе защиту, теплоотвод и устойчивость к УФ-излучению, решая проблему накопления тепла в герметичных инверторах;
3. Экранирующее покрытие для кабеля: Экструдированное покрытие поверхности кабеля, гибкое и устойчивое к изгибам, подходит для использования на открытом воздухе в атмосферных условиях.
III. Ключевые различия между зеленым и черным карбидом кремния : Зеленый карбид кремния обладает чрезвычайно высокой чистотой и удельным сопротивлением и является изоляционным наполнителем; он совершенно непригоден для использования в проводящих клеях или электромагнитном экранировании. Черный карбид кремния получает свою полупроводниковую проводимость за счет природных примесей и является единственным типом карбида кремния, пригодным для проводящего экранирования; их не следует использовать взаимозаменяемо.