Häufig verwendete Wärmeleitmittel für relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit
Aluminiumoxid-Füllstoffe weisen eine geringe elektrische Leitfähigkeit, einen sehr hohen Schmelzpunkt (über 2000 °C) und chemische Inertheit auf. Daher eignen sie sich hervorragend für Anwendungen mit empfindlichen elektrischen Bauteilen. Darüber hinaus sind Aluminiumoxid-Füllstoffe relativ kostengünstig; beispielsweise kosten sphärische Aluminiumoxid-Füllstoffe je nach Volumen und Lieferant etwa 6 US-Dollar pro Kilogramm. Dank ihrer Wirtschaftlichkeit sind sie die am häufigsten verwendeten Füllstoffe für Wärmebildspulen (TICs), insbesondere für Batterien von Elektrofahrzeugen.
Bei Batterien für Elektrofahrzeuge ist ein wichtiger Trend der Übergang von modularen Batteriekonfigurationen zur Zell-zu-Pack-Architektur, wodurch die Anforderungen an die Wärmeleitfähigkeit sinken. Dieser Wandel eröffnet neue Möglichkeiten für Aluminiumhydroxid (ATH). Trotz seiner geringen Wärmeleitfähigkeit ist ATH kostengünstiger erhältlich und somit eine ideale Wahl für die kostenbewusste Automobilindustrie. Es besitzt zudem flammhemmende und brandschutztechnische Eigenschaften, die für Elektrofahrzeuge mit potenzieller Brandgefahr von Vorteil sein können.
Hochentwickelte Wärmelasten mit hoher Wärmeleitfähigkeit
Aluminiumnitrid und Graphen hingegen weisen eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit auf, sind jedoch teuer, weshalb sie sich eher für High-End-Anwendungen eignen. Magnesiumoxid ist eine weitere Option für hohe Wärmeleitfähigkeit und zudem ungiftig und kostengünstig. Es findet jedoch keine breite Anwendung und erfordert spezielle Behandlungen, da die Rohverbindung nicht direkt als Füllstoff verwendet werden kann.
Bornitrid (BN) wird hauptsächlich als Zusatzstoff und nicht als primärer Füllstoff verwendet und zeichnet sich durch hohe Wärmeleitfähigkeit, elektrische Isolationsfähigkeit, Ungiftigkeit sowie ausgezeichnete chemische und thermische Stabilität aus. Allerdings sind BN-Füllstoffe deutlich teurer. Laut einer Studie von IDTechEx können die Kosten für BN-Füllstoffe mehr als zehnmal so hoch sein wie die für Aluminiumoxid-Füllstoffe.
Anwendungen im Rechenzentrum
Hochleistungskomponenten werden aufgrund der von Servern, Switches und Netzteilen erzeugten Wärme die Hauptabnehmer fortschrittlicher Wärmeleitmaterialien (TIMs) sein. Innerhalb von Rechenzentrumskomponenten sind Server aufgrund ihrer hohen Anzahl an Laufwerken, großen Prozessoren und Chipsätzen die größten TIM-Nutzer. Mit der steigenden Nachfrage nach Cloud Computing, künstlicher Intelligenz und Hochleistungsrechnen sowie den wachsenden Möglichkeiten des Wärmemanagements von Schlüsselkomponenten wie GPUs und CPUs wird der Bedarf an diesen fortschrittlichen TIMs für Server weiter steigen und der TIM-Industrie ein erhebliches Marktpotenzial eröffnen.
Für Batterien in Elektrofahrzeugen wird Aluminiumoxid voraussichtlich weiterhin dominieren. Füllstoffe wie Bornitrid weisen zwar eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit auf und wären daher unter Umständen vorzuziehen, sind aber wesentlich teurer, weshalb ihr Einsatz wahrscheinlich auf High-End-Anwendungen beschränkt bleiben wird.
