يُستخدم كربيد السيليكون الأسود في المواد اللاصقة الموصلة والطلاءات الواقية من الإشعاع الكهرومغناطيسي.
يُستخدم كربيد السيليكون الأسود على نطاق واسع كحشو وظيفي مركب في المواد اللاصقة الموصلة منخفضة إلى متوسطة المدى، والمواد اللاصقة الموصلة حراريًا وكهربائيًا، وطلاءات الحماية الكهرومغناطيسية الصناعية، وذلك بفضل خصائصه شبه الموصلة (مقاومة قابلة للتحكم)، وموصليته الحرارية الجيدة، ومقاومته العالية للحرارة والتآكل والأحماض والقلويات، وتكلفته المنخفضة مقارنةً بمسحوق الفضة ومسحوق النيكل وأنابيب الكربون النانوية. لا يُمكن استخدامه بمفرده للحماية عالية الموصلية، وغالبًا ما يُخلط مع الكربون الأسود والجرافيت ومساحيق المعادن، مما يُبرز مزاياه الأربعة في آنٍ واحد: “الموصلية + الموصلية الحرارية + مقاومة التآكل + مقاومة التآكل الكيميائي + مقاومة درجات الحرارة العالية”. وهو مناسب لتطبيقات السيارات، والتحكم الصناعي، والإلكترونيات عالية الحرارة، ومعدات تخزين الطاقة. أما كربيد السيليكون الأخضر، نظرًا لعزله العالي، فهو غير مناسب تمامًا لهذا التطبيق.
أولاً: استخدام مسحوق كربيد السيليكون الأسود الدقيق في المواد اللاصقة الموصلة
تتكون المصفوفات اللاصقة الموصلة بشكل أساسي من الإيبوكسي والسيليكون والبولي يوريثان. وينقسم كربيد السيليكون الأسود إلى نوعين رئيسيين: حشو أحادي (مضاد للكهرباء الساكنة) وحشو مركب (موصل/واقي). ويتم تصنيف هذه الأنواع وفقًا لتطبيقاتها.
(I) مادة لاصقة موصلة مضادة للكهرباء الساكنة
مناسبة لـ: ربط المكونات التي تتطلب تفريغًا ثابتًا وغير مناسبة للدارة القصيرة الكاملة، بما في ذلك وحدات بطاريات الليثيوم، وتركيب لوحات الدوائر المطبوعة، وربط الهياكل المضادة للكهرباء الساكنة، وصناديق التوصيل الكهروضوئية، ووحدات التحكم الصناعية القابلة للاشتعال/الانفجار.
المزايا الأساسية:
1. طبقة لاصقة موصلة حرارياً، تساعد في تبديد الحرارة عند ربط المكونات المولدة للحرارة؛
2. مقاومة للإلكتروليت والرطوبة، مما يمنع تآكل الإلكتروليت وفشله أثناء الربط داخل حزم بطاريات الطاقة؛
3. مقاومة للتآكل والاهتزاز، مما يحافظ على التوصيل ويمنع التفتت حتى في بيئات المركبات الوعرة.
(II) سيناريوهات التوصيل الحراري والمواد اللاصقة الموصلة
: ربط وحدات IGBT، وأجهزة طاقة بطاريات الشحن، والعواكس، ومصادر طاقة المركبات، ومكونات الطاقة الكهروضوئية، والتي تتطلب تأريضًا موصلًا وتبديدًا سريعًا للحرارة.
المميزات: أداء ربط ثابت عند درجات حرارة عالية (180 درجة مئوية على المدى الطويل)، دون أي انخفاض في الموصلية الكهربائية والحرارية؛ على عكس اللاصق الفضي باهظ الثمن، فهو مناسب للإنتاج الضخم لأجهزة الطاقة الصناعية. (III) مانع تسرب موصل عالي الحرارة: لاصق موصل من السيليكون العضوي مملوء بكربيد السيليكون الأسود، يُستخدم لإحكام وربط عناصر التسخين عالية الحرارة ووصلات أسلاك التوصيل عالية الحرارة: موصلية ثابتة عند 200-400 درجة مئوية؛ تتأكسد الحشوات المعدنية وتتلف عند درجات الحرارة العالية، بينما لا يتأكسد كربيد السيليكون الأسود؛ مقاوم لغازات المداخن عالية الحرارة والتآكل الناتج عن الأحماض/القلويات المتطايرة، ويجمع بين خصائص الإحكام والتوصيلية ومقاومة الحرارة.
(رابعاً) لاصق موصل مرن: لاصق موصل مرن من البولي يوريثان مضاف إليه مسحوق كربيد السيليكون الأسود فائق النعومة (3000-5000 مش)، يُستخدم لربط أغلفة الكابلات المضادة للكهرباء الساكنة ووصلات الخراطيم المطاطية المضادة للكهرباء الساكنة. لا تتشقق طبقة اللاصق عند ثنيها، ويبقى مسار التوصيل ثابتًا حتى مع التشوه المتكرر؛ مقاوم للزيوت والتقادم.
ثانيًا: استخدام مسحوق كربيد السيليكون الأسود الدقيق في طلاءات الحماية الكهرومغناطيسية (EMI).
تعتمد طلاءات الحماية الكهرومغناطيسية على فقدان التوصيل، وفقدان الاستقطاب العازل، والانعكاسات المتعددة لامتصاص الموجات الكهرومغناطيسية وتخفيفها. نادرًا ما يُستخدم كربيد السيليكون الأسود بمفرده للحماية العالية؛ بل يُستخدم بشكل أساسي مع الكربون الأسود، ومسحوق كربونيل الحديد، ومسحوق النيكل، وينقسم إلى ثلاث فئات: الحماية للتحكم الصناعي المدني، والحماية من درجات الحرارة العالية، والحماية المتوافقة مع امتصاص الموجات الدقيقة.
(I) طلاءات الحماية الكهرومغناطيسية الصناعية العامة (أغلفة المعدات، الهياكل، صناديق التحكم الكهربائية)
مناسبة لـ: محولات التردد، هياكل الخوادم، أجهزة التوجيه الصناعية، أغلفة بطاريات الشحن، معدات الأمن، الحماية من تداخل الترددات اللاسلكية من 300 ميجاهرتز إلى 10 جيجاهرتز.
(II) طلاءات الحماية الكهرومغناطيسية ذات درجة الحرارة العالية (التحكم الصناعي ذو درجة الحرارة العالية، والطائرات المحمولة جواً، والتحكم الكهربائي المعدني)
تتأكسد الحشوات المعدنية العادية (الألومنيوم، والنيكل) فوق 200 درجة مئوية، مما يتسبب في فشل سريع في الحماية؛ أنظمة كربيد السيليكون الأسود المقاومة لدرجات الحرارة العالية مناسبة لظروف التشغيل من 200 إلى 450 درجة مئوية.
(III) الطلاءات الواقية الماصة (الرادار، معدات الترددات اللاسلكية، الحماية الماصة): تعتمد الحماية التقليدية على عكس الموجات الكهرومغناطيسية، مما قد يتسبب بسهولة في تداخل ثانوي. يُنتج كربيد السيليكون الأسود، المُدمج مع الفريت ومسحوق حديد الكربونيل، طلاءً واقيًا ماصًا حيث تُمتص الموجات الكهرومغناطيسية بفعل الفقد العازل والمغناطيسي داخل الطلاء، مما يؤدي إلى انعكاس منخفض للغاية.
(رابعًا) الطلاءات المضادة للكهرباء الساكنة ثنائية الوظيفة (ورش العمل الخاصة بالمواد القابلة للاشتعال والانفجار، ومصانع بطاريات الليثيوم): يجب أن توفر هذه الطلاءات حمايةً للأجهزة الدقيقة من التداخل الكهرومغناطيسي الخارجي، وأن تُفرغ الشحنات الكهربائية الساكنة لمنع الانفجار. يؤدي التحكم الدقيق في نسبة حشو كربيد السيليكون الأسود إلى طلاء ذي مقاومة عالية، مما يمنع تراكم الشحنات الساكنة ويتجنب التوصيل الكامل الذي قد يتسبب في حدوث دوائر قصر وشرارات. وبإضافة كمية صغيرة من الكربون الأسود لضبط الحماية بدقة، تُستخدم هذه الطلاءات بشكل شائع في خطوط إنتاج بطاريات الليثيوم وغرف الأجهزة الكيميائية.
(خامساً) سيناريوهات الحماية المتخصصة
1. طلاء الحماية من التآكل لخطوط الأنابيب: يحمي السيليكون كاربايد الأسود التيارات الشاردة على الجدار الداخلي لخطوط الأنابيب الموصلة للمواد الكيميائية، كما يقاوم تآكل الأحماض والقلويات ويمنع التآكل الكهروكيميائي لخطوط الأنابيب؛
2. طلاء حماية العاكس الكهروضوئي: يجمع بين الحماية وتبديد الحرارة ومقاومة الأشعة فوق البنفسجية، مما يحل مشكلة تراكم الحرارة في العواكس المغلقة؛
3. طلاء حماية الكابل: طلاء سطح الكابل المبثوق، مرن ومقاوم للانحناء، مناسب للعوامل الجوية الخارجية.
ثالثًا: الفروقات الرئيسية بين كربيد السيليكون الأخضر وكربيد السيليكون الأسود: يتميز كربيد السيليكون الأخضر بنقائه ومقاومته العالية للغاية، وهو مادة عازلة؛ لذا فهو غير مناسب تمامًا للمواد اللاصقة الموصلة أو للحماية من التداخل الكهرومغناطيسي. أما كربيد السيليكون الأسود، فيكتسب موصليته شبه الموصلة من خلال شوائبه الطبيعية، وهو النوع الوحيد من كربيد السيليكون المناسب للحماية الموصلة؛ لذا لا ينبغي استخدامهما بشكل تبادلي.