ما الذي يجعل زيت السيليكون الصناعي مناسبًا للتطبيقات الإلكترونية والسيارات؟

الإلكترونيات عالية الجهد والعزل الكهربائي المتفوق

تعبئة وتغليف اللوحات الدوائرية المطبوعة (PCB): عزل كهربائي متقدم ومقاومة للقوس الكهربائي

يبدأ زيت السيليكون من الدرجة الصناعية عملية التصنيع بخاصية مفيدة تتمثل في قوة التحمل العازل للزيوت. وتبلغ قوة التحمل العازل لهذا الزيت أكثر من ١٥ كيلوفولت/ملم، وهي خاصية مفيدة لمنع القوس الكهربائي الخطر في المكونات مثل المحولات ووحدات الطاقة وأنظمة البطاريات الخاصة بالمركبات الكهربائية (EV). ويمكن أن يؤدي اختراق العزل إلى مشاكل جسيمة مثل الانفلات الحراري، وذلك نتيجة فشل العزل. وبما أن السيليكون عبارة عن بوليمر، فإنه يمتلك سلاسل مستقرة لا تتغير بشكل كبير تحت قصف الإلكترونات، مما يساعد في عملية التبريد. كما أن هذا الزيت خالٍ تمامًا من التفريغ التوهجي والتفريغ الشجري، ما يجعله مفيدًا في تغليف اللوحات الإلكترونية المطبوعة في قطاعات التصنيع الطبي والفضائي والسيارات. ويمتاز زيت السيليكون أيضًا بقدرته الفريدة على إصلاح نفسه تلقائيًّا بعد التعرض للإجهاد الكهربائي، ويمكنه استعادة قوة التحمل العازل بعد الإجهاد دون أن يتعرّض لأي ضرر دائم. وهذه الخاصية أساسية في الأنظمة التي لا تسمح بأي حال من الأحوال بحدوث عطل.

تحليل الأداء لسوائل زيت السيليكون، وزيت المعادن، وسوائل PAO

بمجرد أن تصل درجات الحرارة إلى حوالي ١٣٠ °م، تبدأ الزيوت المعدنية التقليدية في التحلل بسرعة. وقد تتمتع سوائل PAO باستقرار حراري أعلى من الزيوت المعدنية التقليدية، لكن سوائل السيليكون لا تزال متفوقة، حيث تُظهر مقاومةً للقوس الكهربائي تزيد بنسبة عشرين في المئة. ويكتسب هذا الأمر أهمية خاصة في التطبيقات عالية التردد، وبخاصة في حالة تآكل مواد العزل المتزايدة بسرعة نتيجة التفريغات الكهربائية المتكررة، كما هو الحال في محطات الشحن السريع للتيار المستمر. كما أن السيليكون أكثر مقاومةً للأكسدة؛ وبالتالي فإن المحولات المغلقة المملوءة بسوائل السيليكون تكون أقل عرضة لتراكم الرواسب (الوحل). ونتيجةً لذلك، تتطلب المحولات المملوءة بسوائل السيليكون استبدالًا أقل تكرارًا، حيث تدوم عادةً ما بين ٣ إلى ٥ سنوات أطول من المحولات التي تستخدم سوائل الهيدروكربون التقليدية.

الاستقرار الحراري في مجالات صناعة السيارات

المقاومة عند درجات حرارة تزيد عن ٢٠٠ درجة مئوية في حجرة المحرك والإلكترونيات القدرة

من الشائع أن تصل محركات السيارات ومكوناتها إلى درجات حرارة تبلغ ٢٠٠ درجة مئوية أو أكثر، وتعمل عند هذه الدرجات. وتؤدي هذه الحرارة إلى تبخر أو تحلل مواد التشحيم والسوائل المبرِّدة مثل الزيوت. ويؤدي تحلل سوائل المحرك إلى تكوُّن رواسب ضارة وحموض تزيد من الاحتكاك وتسرِّع من التآكل والتلف الذي يصيب مكونات المحرك. أما زيت السيليكون فيتميَّز بعدم تحلُّله بفعل تركيبه الأفضل القائم على الروابط بين السيليكون والأكسجين، والذي يتمتَّع بمتانة أعلى من تلك الموجودة في الزيوت الشائعة. وفي تجربة محاكاة، حافظ زيت السيليكون على نحو ٩٥٪ من لزوجته الأولية بعد تعرُّضه لدرجة حرارة ٢٢٠ درجة مئوية لمدة ٥٠٠ ساعة من التدفق المستمر، بينما فقد الزيت المعدني الآخر ما يقارب نصف لزوجته في الظروف نفسها. وهذه الخاصية ذات أهمية بالغة لأنها تحافظ على نظافة أنظمة سوائل المحرك والشواحن التوربينية. كما أن زيت السيليكون يضاعف عمر مكونات المحرك مرتين أو حتى ثلاث مرات مقارنةً بالعمر الافتراضي للزيوت الهيدروكربونية التقليدية.

التحقق من الأداء في ظروف العالم الحقيقي ضمن إلكترونيات الطاقة الخاصة بالمركبات الكهربائية (EV)

توفر هذه الفوائد دليلاً على التطبيقات العملية في المركبات الكهربائية (EVs). وأُجري تحليل ميداني على نموذج مركبة كهربائية ذات حجم متوسط، وتحظى بسمعة رائدة بين المنافسين، وذلك باستخدام زيت سيليكوني كسائل تبريد في محول الطاقة الخاص بها على مدى أكثر من ١٠٠٠٠٠ ميل. والمقاييس الرئيسية كانت:

المعلَّمة: زيت السيليكون / السائل التبريد التقليدي

التغير في اللزوجة عند ٢٠٠°م: أقل من ٥٪ / أكثر من ٣٥٪

الزيادة في رقم الحمض: ٠٫١ ملغ KOH/غ / ٢٫٨ ملغ KOH/غ

معدل فشل المحول: ٠٫٢٪ / ١٫٧٪

وقد أدى ذلك إلى انخفاض بنسبة ٤٠٪ في المطالبات المتعلقة بالضمان الناتجة عن مشاكل حرارية. علاوةً على ذلك، فإن خاصية مقاومة الزيت السيليكوني للتآكل منعت أي تدهور كيميائي لملفات النحاس والركائز البولييميدية، وبفضل ثبات لزوجته ساعد في ضمان تدفقٍ ثابت داخل أنظمة التبريد ذات القنوات الدقيقة، وبالتالي القضاء على النقاط الساخنة الناتجة عن فشل أشباه الموصلات.

استخدام زيت السيليكون كوسيلة لنقل الحرارة وكمادة تشحيم

`مؤشر اللزوجة > ٣٠٠` = تشحيم ونقل حراري ممتازان

يتمتّع زيت السيليكون بأحد أعلى قيم مؤشّر اللزوجة بين السوائل التجارية. وفي الواقع، يتجاوز مؤشّر لزوجة زيت السيليكون 300. وهذا يعني أن لزوجة زيت السيليكون لا تتغيّر كثيرًا مع تغير درجة الحرارة. وبعبارة أخرى، يمكن لزيت السيليكون أن يعمل بكفاءة في كلٍّ من درجات الحرارة المرتفعة جدًّا والمنخفضة جدًّا؛ أي في مدى يتراوح بين -50 °م و200 °م. فما المقصود بهذا؟ هذا يعني أنه يمكن استخدام زيت السيليكون كمادة تشحيم فعّالة، وكذلك كسائل نقل حراري فعّال، دون أية مشكلات. أما بالنسبة للزيوت القياسية، فإن انخفاض درجة الحرارة يؤدي إلى زيادة لزوجتها بشكل مفرط، ما يُفقدها القدرة على التدفّق بشكل سليم، وقد يؤدي ذلك إلى مشكلات مثل التآكل الناتج عن التجويف في المضخات (Pump Cavitation). أما زيت السيليكون فيستمر في التدفّق بشكل سليم، مما يضمن التبديد المستمر للحرارة. وعلى الطرف الآخر من نطاق درجات الحرارة، يتمتّع زيت السيليكون بقوة غشاء مستقرة تمنع احتكاك المعادن ببعضها في المحامل، مع الحفاظ في الوقت نفسه على إمكانية انتقال الحرارة من المناطق الأشد سخونة. وبما أن زيت السيليكون قادر على أداء وظيفتي التشحيم ونقل الحرارة معًا، فإن المهندسين يستطيعون تصميم أنظمة أقل تعقيدًا، إذ لا حاجة حينها إلى دوائر منفصلة للتشحيم والتبريد. وقد يؤدي هذا إلى خفض عدد المكونات المطلوبة بنسبة تتراوح بين 30% و40% في أنظمة الإدارة الحرارية المستخدمة في بطاريات المركبات الكهربائية (EV).

تشمل الحالات التي تُعد فيها الموثوقية عاملًا حاسمًا أنظمة تبريد المكونات الخاصة بالأشباه الموصلة القوية، والمحركات المؤثرة في الطائرات، وغيرها، وتتطلب التطبيقات الحرجة من هذا النوع زيت السيليكون. ومن غير المستغرب إذن أن يعتمد الخبراء على زيت السيليكون.

الموثوقية طويلة الأمد وتوافق المواد مع الإلكترونيات الحساسة

عدم التسبب في التآكل عند التفاعل مع ركائز البوليميد وأغطية اللحام والنظير النحاسي

الزيت السيليكوني المستخدم في الصناعة مسؤول عن موثوقية المكونات الإلكترونية الحساسة وطول عمرها. ويعود ذلك إلى أن الزيت السيليكوني لا يسبب تفاعلات كيميائية، على عكس الزيوت القائمة على البترول التي قد تؤدي إلى مشاكل. فعلى سبيل المثال، لا يتسبب السيليكون في تآكل النحاس وطبقات التلصيق (solder masks) والركائز البولييميدية في لوحات الدوائر المطبوعة الحديثة (PCB) ولوحات الدوائر المرنة. وبسبب هذه الخاصية، تفقد مسائل مثل الهجرة الكهروكيميائية وانخفاض مقاومة العزل أهميتها، خاصةً فيما يتعلق بالرطوبة والتغيرات المتكررة في درجات الحرارة التي تتعرض لها المعدات. علاوةً على ذلك، فإن الخصائص الواقية غير التفاعلية للسيليكون تعني أن المواد اللاصقة والطلاءات الواقية قادرة على تحمل التغيرات التشغيلية، ما يزيد من عمر النظام الكلي، ولا سيما الأنظمة المتطورة التي تكون فيها حالات فشل المواد مكلفة للغاية.

أسئلة شائعة  

ما هي قوة العزل الكهربائي للزيت السيليكوني من الدرجة الصناعية؟
تبلغ قوة التحمل العازل للزيت السيليكوني من الدرجة الصناعية أكثر من ١٥ كيلوفولت لكل ملليمتر.

ما المزايا التي يمتلكها الزيت السيليكوني مقارنةً بالزيت المعدني وسوائل PAO؟

وبالمقارنة مع الزيت المعدني وسوائل PAO، يتميز الزيت السيليكوني بقوة تحمل عازل أعلى، ومدى أوسع لدرجات حرارة التشغيل، ومقاومة أكبر للأكسدة، واستقرارٍ أفضل في اللزوجة.

ما الخاصية في الزيت السيليكوني التي تجعله مفيدًا في درجات الحرارة القصوى ضمن التطبيقات automotive؟

بسبب قدرة الزيت السيليكوني على التحمل أمام ارتفاع شديد في درجة الحرارة يتجاوز ٢٠٠°م والحفاظ على الأداء المطلوب، فإنه يُستخدم في التطبيقات automotive القصوى.

لماذا يُستخدم الزيت السيليكوني في الإلكترونيات الحساسة؟

لا يتفاعل الزيت السيليكوني كيميائيًّا مع النحاس أو أقنعة اللحام أو ركائز البولييميد، ما يعزز موثوقية المكونات الإلكترونية الحساسة.