Klingelfreie Maschine zur Mischung thermischer Verbindungsstoffe für geringen Wärmewiderstand

Was ist das Mischen und Entgasen von Wärmeleitpaste und -gel?
Es ist der Prozess, bei dem wärmeleitfähige Füllstoffe gleichmäßig in einer Silikon- oder Harzmatrix dispergiert und Mikroblasen unter Vakuum entfernt werden, damit die fertige Verbindung die Wärme gemäß Spezifikation leitet.

KI-Server, 5G-Basisstationen und Leistungselektronik für Elektrofahrzeuge erzeugen viel Wärme, weshalb Wärmeleitmaterialien zu einer besonders kritischen Kategorie geworden sind.
Thermische Gele und Pasten ersetzen traditionelle Pads zunehmend, weil sie mit geringer mechanischer Belastung aufgetragen werden können, sich leicht komprimieren lassen und sich für automatisierte Dosierung eignen.
Ihre Herstellung ist jedoch weitaus anspruchsvoller als das Mischen von Öl und Pulver.

Thermische Gele bestehen typischerweise aus Silikonharz mit sehr hohen Füllstoffanteilen wie Aluminiumoxid, Bornitrid und Zinkoxid – oft über 70 Gewichtsprozent.
Ein hoher Feststoffgehalt erzeugt eine Kette von Verarbeitungsproblemen, die die thermische Leistung unmittelbar begrenzen.

Die vier Probleme beim Mischen hochfeststoffhaltiger Formulierungen

• Unzureichende Füllstoffverteilung.
  Pulveragglomerate bilden sich oder setzen sich am Behälterboden ab, wodurch lokale Füllstoffverhältnisse aus dem Gleichgewicht geraten.
  Der thermische Pfad bricht zusammen, und der thermische Widerstand schwankt unvorhersehbar.
• Öl-Pulver-Separation.
  Wenn die Ölphase und das Pulver nicht gut miteinander verbunden sind, schichtet sich die Masse nach dem Stehen ab, und die Batch-Leistung driftet.
• Prozesswärme.
  Scherreibung durch Mischen mit hohem Feststoffanteil erhöht die Viskosität und verlangsamt die Prüfung, wodurch die Formulierungsentwicklung verzögert wird.
• Blasen, die die Wärme blockieren.
  Luft ist ein schlechter Wärmeleiter.
  Selbst kleine Mikroblasen verschlechtern die Wärmeleitfähigkeit und Zuverlässigkeit sichtbar.

Der vierschrittige Herstellungsprozess

1. Vormischen.
   Wiegen Sie die Ölphase und die Füllstoffe gemäß der Formel ab und mischen Sie diese zunächst bei niedriger Drehzahl (ca. 500–1000 U/min für 1–2 Minuten), damit das Pulver benetzt wird, bevor die Hochgeschwindigkeitsmischung beginnt.
2. Dispergieren.
   Zentrifugalmischen bei ca. 1500–2000 U/min für 2–3 Minuten, um Agglomerate zu zerbrechen und die Füllstoffe gleichmäßig in Suspension zu halten.
3. Unter Vakuum entlüften.
   2–4 Minuten bei einem Vakuum der Klasse 0,2 kPa halten, um Mikroblasen zu entfernen und den thermischen Pfad wiederherzustellen.
4. Überprüfen.
   Prüfen Sie die Trennung und messen Sie die Wärmeleitfähigkeit sowie die Viskosität, um zu bestätigen, dass die Charge stabil ist und innerhalb der Spezifikation liegt.

Warum der planetarische Zentrifugalmischer von SMIDA für thermische Materialien

Das Design von SMIDA löst jedes Problem direkt:

• Mischung ohne Rührblätter.
  Harte keramische Füllstoffe berühren niemals metallische Teile, wodurch kein Verschleiß und keine Kontamination entstehen.
• Vakuumentgasung.
  Mikroblasen, die als thermische Unterbrecher wirken würden, werden im selben Zyklus entfernt.
• Optionale Temperaturregelung.
  TTC-Modelle verhindern ein Überhitzen bei Mischungen mit hohem Feststoffanteil und schützen so die Viskosität sowie beschleunigen die Prüfung.
• Skalierung auf einer einzigen Plattform.
  Von 1-g-Labormustern bis zu Produktionschargen von über 100 kg (Gerätekapazität von 150 g bis über 100 kg) übertragen sich dieselben Parameter direkt – bei der Skalierung ist keine Neuanpassung erforderlich.

Häufig gestellte Fragen

Warum weist meine Wärmeleitpaste zwischen Chargen eine inkonsistente Wärmeleitfähigkeit auf?

Zwei Ursachen dominieren: nicht dispergierte Füllstoffagglomerate und eingeschlossene Mikroblasen.
Eine vollständige Dispersion gefolgt von einer Vakuumentgasung beseitigt beide Probleme; gespeicherte Parameter gewährleisten die Identität jeder Charge.

Kann ein planetarischer Zentrifugalmischer tatsächlich Füllstoffanteile von über 70 % verarbeiten?

- Ja, das ist es.
Die Zentrifugalkraft belastet die gesamte Charge gleichzeitig, sodass auch hochgefüllte Verbindungen gleichmäßig gemischt werden – ohne tote Zonen, was bei Rührwerksmischern oft schwer zu erreichen ist.

Verbessert eine Vakuumentgasung wirklich die thermische Leistung?

- Ja, das ist es.
Luft besitzt eine sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit.
Das Entfernen von Mikroblasen stellt den Kontakt zwischen Füllstoffpartikeln und der Matrix wieder her und senkt den Wärmewiderstand messbar.

Wie skaliere ich von der Forschungs- und Entwicklungsphase in die Produktion?

Sperren Sie zunächst die Prozessparameter an einer kleinen Maschine und reproduzieren Sie diese dann an einem größeren Modell derselben Plattform.
SMIDA bietet eine Probeprüfung mit Querkapazität, um die Skalierung zu validieren, bevor Sie sich verpflichten.

Thermische Materialien werden nach ihrer Fähigkeit zum Wärmetransport verkauft; Mischen und Entgasen bestimmen, wie viel dieser Fähigkeit tatsächlich erreicht wird.
Senden Sie eine Probe Ihres Compounds an das SMIDA-Labor für einen kostenlosen Test – wir liefern Ihnen Daten zur Wärmeleitfähigkeit und zum Blasengehalt, damit Sie den Prozess beurteilen können, nicht nur die Maschine.