Schwarzes Siliziumkarbid findet Verwendung in leitfähigen Klebstoffen und elektromagnetischen Abschirmbeschichtungen.
Schwarzes Siliciumcarbid wird aufgrund seiner Halbleitereigenschaften (einstellbarer spezifischer Widerstand), seiner guten Wärmeleitfähigkeit, hohen Temperaturbeständigkeit, Verschleißfestigkeit sowie Säure- und Laugenbeständigkeit und seiner deutlich geringeren Kosten im Vergleich zu Silberpulver, Nickelpulver und Kohlenstoffnanoröhren häufig als funktioneller Füllstoff in Klebstoffen mit niedriger bis mittlerer Leitfähigkeit, thermisch und elektrisch leitfähigen Klebstoffen sowie in industriellen elektromagnetischen Abschirmbeschichtungen eingesetzt. Für hochleitfähige Abschirmungen ist es allein nicht geeignet und wird daher meist mit Ruß, Graphit und Metallpulvern kombiniert, wodurch die Vorteile von Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und hoher Temperaturbeständigkeit optimal zur Geltung kommen. Es eignet sich für Anwendungen in der Automobilindustrie, der industriellen Steuerungstechnik, der Hochtemperaturelektronik und in Energiespeichern. Grünes Siliciumcarbid ist aufgrund seiner hohen Isolationseigenschaften für diese Anwendungen ungeeignet.
I. Anwendung von schwarzem Siliciumcarbid-Mikropulver in leitfähigen Klebstoffen
Leitfähige Klebstoffmatrizen bestehen hauptsächlich aus Epoxidharz, Silikon und Polyurethan. Schwarzes Siliciumcarbid wird in zwei Hauptarten unterteilt: als Einzelfüllstoff (antistatisch) und als Verbundfüllstoff (leitfähig/abschirmend). Diese werden weiter nach ihren Anwendungsbereichen kategorisiert:
(I) Antistatischer leitfähiger Klebstoff
Geeignet für: Verkleben von Bauteilen, die eine statische Entladung erfordern und nicht für einen vollständigen Kurzschluss geeignet sind, einschließlich Lithium-Batteriemodule, Leiterplattenmontage, antistatische Gehäuseverklebung, Photovoltaik-Anschlusskästen und brennbare/explosive industrielle Steuermodule.
Hauptvorteile:
1. Wärmeleitende Klebeschicht zur Unterstützung der Wärmeableitung beim Verkleben wärmeerzeugender Bauteile;
2. Elektrolyt- und feuchtigkeitsbeständig, verhindert Elektrolytkorrosion und -ausfälle beim Verkleben in Akkupacks;
3. Verschleiß- und vibrationsbeständig, erhält die Leitfähigkeit und verhindert Pulverbildung auch in unebenen Fahrzeugumgebungen.
(II) Szenarien mit wärmeleitenden und leitfähigen Klebeverbindungen
: Verbindung von IGBT-Modulen, Ladesäulen-Leistungsgeräten, Wechselrichtern, Fahrzeugstromversorgungen und Photovoltaik-Leistungskomponenten, die eine leitfähige Erdung und eine schnelle Wärmeableitung erfordern.
Eigenschaften: Unveränderte Klebeleistung bei hohen Temperaturen (180 °C, Langzeitbeständigkeit) ohne Beeinträchtigung der Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit; im Gegensatz zu Silberklebstoffen, die extrem teuer sind, eignet sich dieses Produkt für die Massenproduktion industrieller Leistungselektronik. (III) Hochtemperatur-Leitdichtstoff: Organosilicium-Leitkleber mit schwarzem Siliciumcarbid, verwendet zum Abdichten und Verbinden von Hochtemperatur-Heizelementen und Kabelbaumverbindungen: Stabile Leitfähigkeit bei 200–400 °C; Metallfüllstoffe oxidieren und versagen bei hohen Temperaturen, während schwarzes Siliciumcarbid nicht oxidiert; beständig gegen hochtemperierte Rauchgase und flüchtige Säuren/Laugen, vereint Dichtwirkung, Leitfähigkeit und Hitzebeständigkeit.
(IV) Flexibler leitfähiger Klebstoff: Flexibler, leitfähiger Polyurethan-Klebstoff mit Zusatz von ultrafeinem, schwarzem Siliciumcarbidpulver (3000–5000 Mesh) zum Verkleben antistatischer Kabelmäntel und antistatischer Gummischlauchverbindungen. Die Klebstoffschicht reißt beim Biegen nicht, und der leitfähige Pfad bleibt auch bei wiederholter Verformung unverändert; öl- und alterungsbeständig.
II. Anwendung von schwarzem Siliziumkarbid-Mikropulver in elektromagnetischen Abschirmungsbeschichtungen (EMI-Beschichtungen)
Elektromagnetische Abschirmungsbeschichtungen nutzen Leitfähigkeitsverluste, dielektrische Polarisationsverluste und Mehrfachreflexionen zur Absorption und Dämpfung elektromagnetischer Wellen. Schwarzes SiC wird selten allein für hohe Abschirmwirkung eingesetzt; es wird hauptsächlich in Kombination mit Ruß, Carbonyleisenpulver und Nickelpulver verwendet und in drei Kategorien unterteilt: Abschirmung für zivile industrielle Steuerungsanwendungen, Hochtemperaturabschirmung und mikrowellenkompatible Abschirmung.
(I) Allgemeine industrielle elektromagnetische Abschirmbeschichtungen (Gerätegehäuse, Chassis, elektrische Schaltkästen)
Geeignet für: Frequenzumrichter, Serverchassis, Industrierouter, Ladesäulengehäuse, Sicherheitsausrüstung, Abschirmung von Hochfrequenzstörungen im Bereich von 300 MHz bis 10 GHz.
(II) Hochtemperatur-Elektromagnetische Abschirmbeschichtungen (Hochtemperatur-Industriesteuerung, Flugzeug-Bordtechnik, metallurgische elektrische Steuerung)
Gewöhnliche Metallfüllstoffe (Aluminium, Nickel) oxidieren oberhalb von 200℃, was zu einem schnellen Ausfall der Abschirmung führt; schwarze Siliziumkarbid-Hochtemperatur-beständige Systeme eignen sich für Betriebsbedingungen von 200~450℃.
(III) Absorptionsschirmbeschichtungen (Radar, HF-Geräte, Absorptionsschirmung) Herkömmliche Schirmungen basieren auf der Reflexion elektromagnetischer Wellen, was leicht zu Sekundärstörungen führen kann. Schwarzes Siliziumkarbid in Kombination mit Ferrit- und Carbonyleisenpulver bildet eine Absorptionsschirmbeschichtung, in der elektromagnetische Wellen durch dielektrische und magnetische Verluste innerhalb der Beschichtung absorbiert werden, was zu extrem geringer Reflexion führt.
(IV) Antistatische Zwei-in-Eins-Beschichtungen (Werkstätten für brennbare und explosive Stoffe, Lithiumbatteriewerke): Diese Beschichtungen müssen Präzisionsinstrumente vor externen elektromagnetischen Störungen schützen und gleichzeitig statische Elektrizität ableiten, um Explosionen zu verhindern. Die präzise Steuerung des Füllstoffgehalts aus schwarzem Siliciumcarbid führt zu einer Beschichtung mit hoher Impedanz: Dadurch wird statische Aufladung verhindert und eine vollständige Leitfähigkeit vermieden, die Kurzschlüsse und Funkenbildung verursachen könnte. In Kombination mit einer geringen Menge Ruß zur Feinabstimmung der Abschirmung werden diese Beschichtungen häufig in Lithiumbatterie-Produktionslinien und Chemielaboren eingesetzt.
(V) Spezielle Abschirmungsszenarien
1. Korrosionsschutzbeschichtung für Rohrleitungen: Schwarzes SiC schirmt Streuströme an der Innenwand chemisch leitfähiger Rohrleitungen ab und ist gleichzeitig beständig gegen Säure- und Laugenkorrosion sowie gegen elektrochemische Korrosion der Rohrleitungen.
2. Abschirmfarbe für Photovoltaik-Wechselrichter: Verbindet Abschirmung, Wärmeableitung und UV-Beständigkeit und löst so das Problem der Wärmeansammlung in gekapselten Wechselrichtern;
3. Kabelschirmbeschichtung: Extrudierte Kabeloberflächenbeschichtung, flexibel und biegefest, geeignet für Witterungseinflüsse im Freien.
III. Wesentliche Unterschiede zwischen grünem und schwarzem Siliciumcarbid : Grünes Siliciumcarbid zeichnet sich durch extrem hohe Reinheit und spezifischen Widerstand aus und dient als isolierender Füllstoff; es ist völlig ungeeignet für leitfähige Klebstoffe oder elektromagnetische Abschirmungen. Schwarzes Siliciumcarbid erhält seine Halbleiterleitfähigkeit durch natürliche Verunreinigungen und ist die einzige Siliciumcarbidart, die für leitfähige Abschirmungen geeignet ist; beide sollten nicht austauschbar verwendet werden.