-
鄒小姐：13326633089 -
-
cac_sales@sina.com 
高分(fen)子(zi)材料具有密度(du)小、易加工、電(dian)絕緣(yuan)性(xing)好(hao)等(deng)優點，因此被廣泛用(yong)于如微電(dian)子(zi)集(ji)成與封裝等(deng)領域。不過高分(fen)子(zi)材料一般都是熱(re)的(de)不良導(dao)體(ti)，散熱(re)能力往往會成為其瓶頸，為了(le)增強高分(fen)子(zi)材料的(de)綜合性(xing)能，加入導(dao)熱(re)填料進行復合成為了(le)主(zhu)要的(de)加工手段。
導(dao)熱硅膠
導(dao)熱(re)填料種(zhong)類繁多，為了(le)獲(huo)得更好的導(dao)熱(re)效果(guo)，應用上廠(chang)商往(wang)往(wang)會(hui)采取“混搭”的形(xing)式往高分(fen)子材料中加入兩(liang)種(zhong)或(huo)兩(liang)種(zhong)以(yi)上(shang)的導(dao)熱填料。目前填料的混搭方式(shi)主要有：不同(tong)材料的混(hun)合(he)、不同(tong)粒(li)徑的混(hun)合(he)以及不同形(xing)狀的混合。具體(ti)如(ru)下：
混搭①：不同的(de)導熱(re)材料混合
不同的(de)(de)導熱(re)材料進行(xing)混(hun)搭，可以做出相當(dang)寬廣的(de)(de)導熱(re)系數產品。目前常用的(de)導(dao)熱填料(liao)有(you)Al2O3、MgO、ZnO、AlN、BN、SiC等(deng)；其中，市(shi)場(chang)使用占有率(lv)大多是以(yi)微米級Al2O3、硅(gui)微(wei)粉（結晶二氧(yang)化(hua)硅(gui)）等為(wei)主，納米Al2O3、氮(dan)化物則(ze)多做為高導(dao)熱領域的填充粉體；而ZnO大多做為導熱(re)膏（導熱(re)硅脂）填料用。以下是一些常見填料的優缺點對比(bi)：
|
填料類型 |
導熱(re)系數(shu) [w/(m·K)] |
應用特點 |
|
氮化鋁 |
80-320 |
導熱系(xi)數非(fei)常高(gao)，但價格昂(ang)貴，吸(xi)潮(chao)易水解從而影(ying)響制品熱導率。單純(chun)采用氮化鋁(lv)填充，可(ke)以達到較高(gao)的熱導率，但體(ti)系(xi)的粘度(du)急劇上升，限制了其應(ying)用。 |
|
氮化硼 |
60-125 |
具有較(jiao)(jiao)高的熱導率，較(jiao)(jiao)低的熱膨脹系(xi)數，優良的熱穩定(ding)性，較(jiao)(jiao)高的抗(kang)氧化性等。但(dan)其價格較(jiao)(jiao)高，雖然單純采用氮(dan)化硼可(ke)以達(da)到較(jiao)(jiao)高的熱導率，但(dan)大量填充后體(ti)(ti)系(xi)粘度也會急(ji)劇上升。 |
|
碳化硅 |
83.6-220 |
具有(you)熱導率高、抗氧化、熱穩定性好等(deng)優點(dian)，但合成過程中(zhong)產生的(de)碳(tan)和(he)石墨難以去除，導致電導率高，限制了(le)其(qi)在(zai)絕緣性能要(yao)求高的(de)材料中(zhong)的(de)應用；密度大(da)，在(zai)有(you)機硅(gui)類膠中(zhong)易(yi)沉淀(dian)分層。 |
|
氧化鎂 |
36 |
價格低(di)，在空氣(qi)中(zhong)易吸潮，增粘性較(jiao)強，不能大量填充，且耐酸(suan)(suan)性差，很(hen)容易被酸(suan)(suan)腐(fu)蝕，不宜用(yong)于酸(suan)(suan)性環境中(zhong)應用(yong)。 |
|
硅(gui)微(wei)粉 |
5-15 |
導熱(re)性(xing)偏低，不適合生產(chan)高導熱(re)產(chan)品。 |
|
氧(yang)化鋁 |
38 |
價格適中，球形或類(lei)球形填充(chong)量大，最大可(ke)添加(jia)到600~800 份，所得制品的熱導率較高。 |
|
氧化鋅 |
26 |
粒徑及均勻(yun)性(xing)很好，適合(he)生(sheng)產(chan)導(dao)熱硅脂(zhi)，但其熱導(dao)率(lv)偏低，不適合(he)生(sheng)產(chan)高(gao)導(dao)熱產(chan)品(pin)；質輕，增粘性(xing)較強，也不適合(he)灌(guan)封。 |
通過將以上無機陶瓷填(tian)(tian)料填(tian)(tian)充到高分子(zi)基質(zhi)中，就(jiu)(jiu)可以制取(qu)具有(you)良好導(dao)熱性和(he)絕(jue)緣性以及不錯(cuo)的物理機械性能的復合材(cai)料。但有(you)時候采(cai)用(yong)單(dan)一(yi)填(tian)(tian)料無法(fa)滿足應用(yong)需(xu)求，就(jiu)(jiu)需(xu)要采(cai)用(yong)復配填(tian)(tian)料來達到應用(yong)需(xu)求，像Al2O3的熱(re)導率較(jiao)低(di)但價(jia)格適(shi)中(zhong)，就(jiu)可(ke)以混入一些價(jia)格較(jiao)高但熱(re)導率也高的填料一起(qi)使用，這樣就(jiu)能(neng)在成(cheng)本可(ke)控的前提下，提高復(fu)合材(cai)料的綜合性能(neng)。
比如說液體(ti)硅橡膠中常填充體(ti)積(ji)分數40%-50%的氧化鋁及5%-10%的氮化硼粉末，這樣制得的導熱復合硅橡膠可用于電子器械；以及有研究人員以SiC、AlN、Al2O3、MgO為混合填料填充室溫硫化硅橡膠，結果所制得的硅橡膠的熱導率可高達1.3~2.5W/(m·K)。
混搭(da)②：不同粒徑的(de)填料混合
填(tian)料(liao)粒徑大小(xiao)和(he)基(ji)體樹脂粉(fen)末粒徑大小(xiao)均對(dui)體系的(de)(de)熱導率有一定影響。導熱填(tian)料(liao)經過(guo)超細微化處理可有效地提高其(qi)自身(shen)的(de)(de)導熱性能，同一種導熱填(tian)料(liao)，填(tian)料(liao)越細，越有利(li)(li)于(yu)其(qi)在絕(jue)緣高分子材料(liao)中的(de)(de)分散和(he)導熱填(tian)料(liao)之間(jian)的(de)(de)相互接觸(chu)和(he)相互作用，從而有利(li)(li)于(yu)提高熱導率。
但這不代表填料粒徑越(yue)(yue)小就越(yue)(yue)好——暫且不提高填充量下，粒徑大小對熱導率影響將減弱；不同粒徑的填料搭(da)配，往往能比單一粒徑填料(liao)更(geng)能提(ti)高高分子材料(liao)的熱導(dao)率，這是由于小顆(ke)(ke)粒(li)能(neng)(neng)夠(gou)進入(ru)大(da)(da)顆(ke)(ke)粒(li)無法(fa)占據(ju)的空(kong)間(jian)(jian)(jian)，存在于大(da)(da)顆(ke)(ke)粒(li)之間(jian)(jian)(jian)的間(jian)(jian)(jian)隙中(zhong)，與(yu)大(da)(da)顆(ke)(ke)粒(li)或小顆(ke)(ke)粒(li)形成更緊(jin)密(mi)的堆(dui)積，增加填料(liao)之間(jian)(jian)(jian)的接觸，從(cong)而提(ti)高材料(liao)的導(dao)熱性(xing)能(neng)(neng)。
研究結果證實，多種粒(li)徑(jing)導熱(re)填充料混合填充時，對(dui)提高導熱(re)性和(he)降低黏(nian)度有明(ming)顯(xian)影響，當(dang)粒徑分布適當(dang)時，完全(quan)可(ke)以(yi)同時(shi)得到最(zui)高(gao)導熱(re)率和最(zui)低黏度。以球形氧化(hua)鋁(lv)為例，微(wei)米(mi)級與納米級的混搭往(wang)往(wang)能展現出更優異的(de)導(dao)熱(re)特性。
混搭③：不同(tong)形狀的填料(liao)混搭
不同微觀(guan)表面形態填料(liao)具有不同的(de)幾何(he)結構(gou)和微觀(guan)形態，對材料(liao)性能有很大的(de)影響。填料(liao)主要有不規則顆(ke)粒、類(lei)球形、球形、片狀、纖(xian)維狀等，它們(men)在基體樹脂中的分布(bu)狀態及(ji)導熱網鏈(lian)的形成(cheng)對體系的熱導率有重要(yao)影響(xiang)。
類(lei)球形氧(yang)化鋁和片狀(zhuang)氧(yang)化鋁
其中(zhong)，球粒狀填(tian)料流(liu)動性好，在聚合物中填(tian)充性好，其搭(da)接(jie)主要靠提高填(tian)料比例，使(shi)其互相接(jie)觸實現；而(er)片狀填(tian)料由(you)于擁有(you)較(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)徑厚比(bi)，有(you)效搭(da)接(jie)面(mian)積較(jiao)大，有(you)利于熱量的(de)(de)(de)傳導；纖(xian)維狀填(tian)料由(you)于具有(you)極(ji)高(gao)的(de)(de)(de)長(chang)徑比(bi)，使其更容易搭(da)接(jie)從(cong)而(er)實現(xian)導熱作用，此外，由(you)于其特(te)殊的(de)(de)(de)結構，在提高(gao)力學性能方面(mian)也有(you)其獨特(te)的(de)(de)(de)優勢(shi)。
如果就這么看，似乎片(pian)狀填料和(he)纖維狀填料占據了絕對(dui)優勢，實則不然。在(zai)實際應用中，往往會將球粒狀填料和(he)具片(pian)狀/晶須填料配合使用，由于混雜效應，填料間相互接觸幾率增大，更易形成導熱通路，比單一微觀形態的粒子更能提高體系的導熱性能。如下圖就是“球形+片狀”氮化硼填料的導熱機理示意圖，很明顯這樣的搭配（內部傾向于各向異性）可促進導熱網絡形成，改善復合材料穿過平面的熱導率。
（圖片(pian)來源：Saint-Gobain）
粉(fen)體(ti)(ti)圈NANA
版權聲(sheng)明：
本文為(wei)粉體圈原創作品，未經許可，不(bu)得(de)(de)轉載，也不(bu)得(de)(de)歪(wai)曲、篡改或復制(zhi)本文內容，否則本公司將依(yi)法(fa)追究(jiu)法(fa)律責任。
