Что делает промышленное силиконовое масло пригодным для применения в электронике и автомобильной промышленности?

Высоковольтная электроника и превосходная электрическая изоляция

Заливка и герметизация печатных плат (PCB): передовые диэлектрические свойства и устойчивость к электрической дуге

Промышленное силиконовое масло начинает производственный процесс, обладая полезным свойством — диэлектрической прочностью масла. Диэлектрическая прочность этого масла превышает 15 кВ/мм, что позволяет эффективно предотвращать опасные электрические дуги в таких компонентах, как трансформаторы, силовые модули и аккумуляторные системы электромобилей (EV). Пробой изоляции может вызвать серьёзные проблемы, например тепловой разгон, который возникает вследствие отказа изоляции. Силикон, будучи полимером, имеет стабильные молекулярные цепи, которые не претерпевают значительных изменений под воздействием электронного облучения, что способствует охлаждению. Это масло также не подвержено коронному разряду и образованию дендритов, поэтому его широко применяют для герметизации печатных плат в медицинской, аэрокосмической и автомобильной промышленности. Силиконовое масло обладает уникальным свойством самовосстановления после воздействия электрических нагрузок и способно восстанавливать свою диэлектрическую прочность после таких нагрузок без необратимых повреждений. Данное свойство является критически важным для систем, в которых недопустимы сбои.

Анализ эксплуатационных характеристик кремнийорганического масла, минерального масла и жидкостей на основе ПАО

После достижения температурой примерно 130 °C традиционные минеральные масла быстро начинают разлагаться. Жидкости на основе ПАО могут обладать более высокой термостойкостью по сравнению с традиционными минеральными маслами, однако кремнийорганические жидкости всё же превосходят их, демонстрируя на двадцать процентов более высокую стойкость к электрической дуге. Это особенно актуально для высокочастотных применений, в частности при быстром износе изоляционных материалов вследствие частых электрических разрядов, как, например, на станциях постоянного тока для сверхбыстрой зарядки. Кремнийорганические жидкости также обладают повышенной устойчивостью к окислению; поэтому герметичные трансформаторы, заполненные кремнийорганическими жидкостями, менее склонны к образованию шлама. В результате трансформаторы, заполненные кремнийорганическими жидкостями, требуют менее частой замены и, как правило, служат на 3–5 лет дольше по сравнению с трансформаторами, использующими традиционные углеводородные жидкости.

Термостойкость в автомобильной сфере

Стойкость при температурах выше 200 °C в моторном отсеке и силовой электронике

Для автомобильных двигателей и их компонентов типичным является достижение температуры 200 °C и выше, а также работа при таких температурах. Это тепло приводит к испарению или разложению смазочных материалов и охлаждающих жидкостей, например масел. Разложение моторных жидкостей порождает вредные отложения (шлам) и кислоты, что повышает трение и ускоряет износ деталей двигателя. Силиконовое масло, напротив, не разлагается благодаря более прочной кремний-кислородной структуре, превосходящей по устойчивости структуру обычных масел. В ходе экспериментального моделирования при температуре 220 °C в течение 500 часов непрерывного течения силиконовое масло сохранило около 95 % своей исходной динамической вязкости, тогда как минеральное масло при тех же условиях потеряло почти половину своей вязкости. Это имеет важное значение, поскольку способствует поддержанию чистоты систем смазки двигателя и турбокомпрессора. Силиконовое масло увеличивает срок службы деталей двигателя в два или даже в три раза по сравнению со сроком службы при использовании традиционных углеводородных масел.

Подтверждение в реальных условиях эксплуатации в силовой электронике EV

Эти преимущества подтверждают применимость решения в реальных условиях эксплуатации электромобилей (EV). Полевой анализ был проведён на передовой модели EV среднего размера с использованием силиконового масла в качестве охлаждающей жидкости в её силовом инверторе в течение пробега свыше 100 000 миль. Ключевые измеренные параметры были следующими:

Параметр Силиконовое масло Традиционная охлаждающая жидкость

Изменение вязкости при 200 °C < 5 % > 35 %

Увеличение кислотного числа 0,1 мг KOH/г 2,8 мг KOH/г

Частота отказов инвертора 0,2 % 1,7 %

В результате количество гарантийных обращений, связанных с перегревом, сократилось на 40 %. Кроме того, неагрессивный по отношению к материалам характер силиконового масла предотвратил химическую деградацию медных обмоток и полимидных подложек; благодаря стабильной вязкости оно обеспечивало постоянный поток в системах охлаждения с микроканалами, устраняя локальные перегревы («горячие точки»), вызываемые отказами полупроводниковых компонентов.

Применение силиконового масла в качестве теплоносителя и смазочного материала

`Индекс вязкости > 300` = Отличные смазочные и теплоотводные свойства

Силиконовое масло обладает одним из самых высоких значений индекса вязкости среди коммерческих жидкостей. Фактически, индекс вязкости силиконового масла превышает 300. Это означает, что вязкость силиконового масла практически не изменяется при колебаниях температуры. Следовательно, силиконовое масло может эффективно работать как при чрезвычайно низких, так и при чрезвычайно высоких температурах — в диапазоне от −50 °C до 200 °C. Что это значит? Это означает, что силиконовое масло может использоваться в качестве эффективной смазки, а также эффективной теплоносительной жидкости без каких-либо проблем. В случае стандартных масел при снижении температуры масло может стать слишком вязким и, как следствие, утратить способность нормально циркулировать, что может привести к таким проблемам, как кавитация насоса. Напротив, силиконовое масло сохраняет надёжную текучесть, обеспечивая непрерывный отвод тепла. На противоположном конце температурного спектра силиконовое масло обладает стабильной прочностью масляной плёнки, предотвращающей контакт металлических поверхностей в подшипниках, и одновременно позволяет передавать тепло от более нагретых участков. Способность одновременно выполнять функции смазочного материала и теплоносителя позволяет инженерам проектировать менее сложные системы, поскольку отпадает необходимость в отдельных контурах для смазки и охлаждения. Это потенциально может сократить количество компонентов, требуемых в системах термического управления аккумуляторами электромобилей (EV), на 30–40 %.

Ситуации, в которых ключевое значение имеет надежность, включают системы охлаждения компонентов мощных полупроводников, исполнительные механизмы летательных аппаратов и т. д.; для таких критически важных применений требуется силиконовое масло. Неудивительно, что эксперты полагаются на силиконовое масло.

Долгосрочная надежность и совместимость материалов с чувствительной электроникой

Некоррозионное поведение по отношению к подложкам из полиимида, защитным маскам для пайки и меди

Силиконовое масло, используемое в промышленности, обеспечивает надёжность чувствительных электронных компонентов и их долгий срок службы. Это объясняется тем, что силиконовое масло не вызывает химических реакций, в отличие от нефтесодержащих масел, которые могут приводить к возникновению проблем. Например, силикон не вызывает коррозии меди, защитных слоёв паяльной маски и полимерных подложек из полиимида, применяемых в современных печатных платах и гибких печатных платах. Благодаря этому такие проблемы, как электрохимическая миграция и снижение сопротивления изоляции, теряют свою актуальность, особенно в условиях воздействия влаги и многократных температурных циклов, которым подвергается оборудование. Кроме того, защитные и инертные свойства силикона позволяют клеевым и защитным покрытиям сохранять устойчивость при эксплуатационных изменениях. Это увеличивает общий срок службы системы, особенно сложных систем, где отказы материалов связаны с высокими затратами.

Часто задаваемые вопросы  

Какова диэлектрическая прочность промышленного силиконового масла?
Диэлектрическая прочность силиконового масла промышленного качества превышает 15 кВ на миллиметр.

Какие преимущества имеет силиконовое масло по сравнению с минеральным маслом и жидкостями на основе ПАО?

По сравнению с минеральным маслом и жидкостями на основе ПАО силиконовое масло обладает более высокой диэлектрической прочностью, более широким рабочим температурным диапазоном, повышенной стойкостью к окислению и большей стабильностью вязкости.

Почему силиконовое масло применяется при экстремальных температурах в автомобильных применениях?

Поскольку силиконовое масло способно выдерживать экстремальный рост температуры свыше 200 °C и при этом сохранять требуемые эксплуатационные характеристики, его можно использовать в экстремальных автомобильных применениях.

Почему силиконовое масло применяется в чувствительной электронике?

Силиконовое масло не вступает в химическое взаимодействие с медью, защитными слоями паяльной пасты и полимерными подложками из полиимида, что повышает надёжность чувствительных электронных компонентов.