Elektronika mocy pozwala zwiększyć efektywność zużycia energii, optymalizując koszty w systemach o dużym zapotrzebowaniu energetycznym — od urządzeń przemysłowych po transport elektryczny. Niezawodna praca takich systemów bezpośrednio zależy od jakości ich komponentów: obudów, wymienników ciepła i elementów chłodzących. Muszą one zapewniać skuteczne odprowadzanie ciepła przy wysokiej gęstości energii, co skłania inżynierów do wdrażania nowych konstrukcji i materiałów o lepszej przewodności cieplnej i niskim współczynniku rozszerzalności cieplnej.
Węglik krzemu jest idealnym kandydatem do takich zastosowań. Charakteryzuje się wyjątkową twardością, odpornością termiczną, chemiczną obojętnością oraz wysoką przewodnością cieplną. Węglik krzemu występuje w dwóch głównych odmianach: przewodzącej i półizolacyjnej. Przewodzący węglik krzemu stosowany jest do produkcji półprzewodników mocy pracujących w wysokich temperaturach i przy wysokich napięciach, natomiast półizolacyjny — w elektronice wysokiej częstotliwości i urządzeniach mikrofalowych. Szczególną wartością kryształów węglika krzemu jest ich zdolność do efektywnego odprowadzania ciepła w modułach mocy dzięki niskiemu temperaturowemu współczynnikowi rozszerzalności liniowej oraz wysokiej przewodności cieplnej, co ma kluczowe znaczenie dla miniaturyzacji i niezawodności elektroniki energetycznej.
Trudności w produkcji mikropyłów węglika krzemu
Proces otrzymywania mikropyłów węglika krzemu do dalszej produkcji wysokotechnologicznej ceramiki lub materiałów ściernych wiąże się z poważnymi trudnościami technologicznymi. Po pierwsze, niezwykła twardość węglika krzemu (druga po diamencie) znacznie utrudnia jego rozdrabnianie do rozmiarów mikro- lub submikronowych. Po drugie, ze względu na dużą kruchość i niską udarność często obserwuje się nierównomierność wielkości cząstek po tradycyjnym mieleniu. Po trzecie, w metodach mechanicznego rozdrabniania powierzchnia cząstek często zawiera mikropęknięcia i uszkodzenia, które negatywnie wpływają na dalszą obróbkę oraz jakość produktu końcowego.
Młyn elektromagnetyczny AVS-P jako rozwiązanie
W odpowiedzi na te wyzwania firma GlobeCore opracowała technologię otrzymywania mikropyłów węglika krzemu, realizowaną w młynach elektromagnetycznych typu AVS-P. Wirująca warstwa powstaje w komorze roboczej pod wpływem pola elektromagnetycznego, w którym elementy ferromagnetyczne obracają się z dużą prędkością, tworząc mikroobszary o bardzo wysokiej lokalnej energii. Zasada ta zapewnia nie tylko mechaniczne mielenie, ale również intensywną dyspersję, aktywację i równomierną obróbkę każdej cząstki węglika krzemu, co sprzyja lepszej dyfuzji i poprawie właściwości końcowego materiału.
Efektywność procesu i integracja z produkcją
Proces trwa zaledwie kilka sekund, zapewniając drobnodyspersyjne mielenie o wysokiej jednorodności. Dzięki wydajności do 50 kg/h i niskiemu zużyciu energii (nie więcej niż 10 kW) młyny elektromagnetyczne AVS-P umożliwiają szybkie i ekonomiczne uzyskiwanie wysokiej jakości surowca mikropyłowego przy minimalnych kosztach energetycznych. Urządzenia te można łatwo zintegrować z istniejącymi liniami produkcyjnymi bez konieczności wprowadzania znaczących zmian w infrastrukturze.
Jakość i zastosowanie mikropyłów
Jakość mikropyłów węglika krzemu otrzymanych w młynach elektromagnetycznych AVS-P pozwala na formowanie ceramiki o większej gęstości i minimalnej porowatości, co ma kluczowe znaczenie przy produkcji elementów konstrukcyjnych elektroniki mocy. Szczególnie perspektywiczne jest zastosowanie tej technologii do tworzenia podłoży wymienników ciepła z materiałów kompozytowych, w których cząstki węglika krzemu pełnią funkcję zbrojącą, obniżając temperaturowy współczynnik rozszerzalności liniowej oraz zwiększając przewodność cieplną bazy.