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                    科普導熱硅膠用氧化鋁填料效果怎么樣!效果到底好不好?

                    文章出處:廣東帝博科技有限公司 人氣:-發表時間:2021-03-06

                    隨著工業電子行業的發展,電子元件、集成電路趨于密集化、小型化,已經成為電器的運行的頭等大敵。為了最大程度避免因散熱不力導致的電器故障,一般會在電子產品的發熱體與散熱設施之間的接觸面涂敷導熱硅膠以及導熱性硅膠制品為輔助,那么它的作用你都了解過嗎?

                     

                    導熱硅膠是一種具有一定的柔韌性、優良的絕緣性、壓縮性、表面天然的粘性,專門為利用縫隙傳遞熱量的設計方案生產的產品。除了能填充縫隙,完成發熱部位與散熱部位間的熱傳遞,同時還起到絕緣、減震等作用,滿足設備小型化及超薄化的設計要求,且厚度適用范圍廣,因此作為一種極佳的導熱填充材料被廣泛應用于電子電器產品中。

                     

                    不過普通硅膠產品是熱的不良導體,因此需要添加適合的導熱填料以提高其導熱性能,而在無機非金屬導熱絕緣粉體填料中,氧化鋁不但具有良好的絕緣性能,而且其導熱率也不低(常溫導熱率為30W/m·K),在種種優勢加持下成為了最為常用的導熱填料之一。

                     

                    說是導熱率不錯,實際上離良好還是很有些距離的(比如說氮化鋁的導熱率為150W/m·K,是它的至少五倍),氧化鋁最出色的地方應該是在于它的性價比。為了不失去這種優勢,并同時提高氧化鋁的應用優勢,就得想方設法在原料不變的前提下提高硅膠的導熱性能。主要可選擇的方向有兩個,一是填料能在基體中形成導熱鏈或導熱網;二是提高氧化鋁填料自身導熱率。

                     

                    一、導熱網絡的形成

                     

                    根據熱力學,導熱即熱能以振動能的形式傳遞,即由物質內部微觀粒子相互碰撞和傳遞。由于硅膠是由不對稱的極性鏈節所構成的高分子材料,整個分子鏈不能完全自由運動,只能發生原子、基團或鏈節的振動,因此導熱率很低,是熱的不良導體,只有通過填充高導熱性的填料增加材料的熱導率。

                     

                    當加入的填料量較少時,填料在硅膠基體中的分布近似以孤島形式出現,此時導熱率提高不大。為了提高導熱絕緣硅膠的導熱率,必須提高硅膠中填充氧化鋁的填充量,使氧化鋁顆粒在材料內部形成導熱通道。但是一味提高氧化鋁填充量,就會對硅膠體系的工藝性能及產品的性能造成影響--一般來說,當氧化鋁填充到導熱材料中,隨著填充量的增加,導熱材料的拉伸強度和硬度逐漸提高,而材料的柔韌性逐漸變差,其斷裂伸長率不斷降低,這是因為氧化鋁填充到高分子復合材料中,氧化鋁粉體對基體起到增強作用。

                     

                    因此在制備高導熱絕緣硅膠材料時,不能單純依靠提高填充量來增加導熱性能,因為導熱絕緣硅膠不但要求材料的導熱性,而且對粘度、可壓縮性、柔韌性均有所要求。若想進一步提高導熱硅膠材料的導熱率,就得通過提高氧化鋁填料自身的性能來實現。此外,采用不同粒徑、不同形狀的導熱填料和不同種類的導熱填料復配填充,也可以發揮各種填料的特點,提高材料的熱導率,并降低成本。

                     

                    對于導熱硅膠來說,粘度、可壓縮性、柔韌性同樣很重要

                     

                    二、提高氧化鋁自身導熱率

                     

                    若要提高氧化鋁自身的導熱率,必須提高晶體的結晶程度和致密度,因此氧化鋁填料必須具有高的α相含量,這是因為α相氧化鋁為六方結構,是氧化鋁變體中最為致密的結構。此外,α相納米氧化鋁還具有高硬度、高強度、耐熱、耐腐蝕等特性,其制備有多種工藝路線,主要采用的有以下幾種:

                     

                    1.化學熱解法

                     

                    化學熱解法要包括銨明礬熱解法、碳酸鋁銨熱解法和噴霧熱解法3種。

                     

                    ①銨明礬熱解法是用硫酸鋁銨溶液與硫酸銨反應,制得銨明礬,再加熱分解成納米氧化鋁,此法工藝簡單,但生產周期長,難實現規?;?;

                     

                    ②銨明礬熱解法改進后形成了碳酸鋁銨熱解法,目前已見報道的是將銨明礬與碳酸氫銨反應制得銨片鈉鋁石前驅沉淀,然后經1200℃灼燒,可制得粒徑為15nm的氧化鋁粉體;

                     

                    ③噴霧熱解法是將金屬鹽溶液以霧狀噴入高溫氣氛中,使其中的水分蒸發,金屬鹽發生熱分解,析出固相,直接制備出納米氧化鋁陶瓷粉。

                     

                    2.非晶態晶化法

                     

                    此法主要是使非晶態的化合物經退火處理后晶化。這種方法可生產出成分準確的納米材料,且不需經過成型處理,由非晶態可直接制備出納米氧化鋁。這種方法生產的納米結構材料的塑性對晶粒的粒徑十分敏感。只有粒徑較小時,塑性較好,否則材料變得很脆。此方法法設備工藝簡單,產率高,成本低,環境污染小,但產品粒度分布不均,易團聚。

                     

                    3.溶膠-凝膠法

                     

                    該法在氧化物納米粉制備中應用較多。其化學過程是將原料經水解反應生成活性單體,再聚合成溶膠,進而生成具有一定結構的凝膠,最后經干燥和熱處理得納米粒子。整個反應是:分子態-聚合體-溶膠-凝膠-晶態(或非晶態)的過程。

                     

                    溶膠凝膠法反應溫度低,產品晶型、粒度可控,且粒子均勻度高,純度高,反應過程易于控制,副反應少,但產品團聚問題顯著,且以有機物為原料時毒性大,價格高。

                     

                    4.液相沉淀法

                     

                    液相沉淀法是在溶液的狀態下,通過化學反應使原料中的有效成分生成沉淀,再經過濾、洗滌、干燥、熱分解制備納米粒子。它包括直接沉淀法、共沉淀法和均勻沉淀法。

                     

                    ①直接沉淀法是通過沉淀反應從溶液中制備納米粒子;

                     

                    ②共沉淀法是把沉淀劑加入到混合后的金屬鹽溶液中,使各組份混合沉淀,再經加熱分解得到超微粒子;

                     

                    ③均勻沉淀法是以易緩慢水解的物質為沉淀劑,利用水解速率控制粒子生長速度從而得到納米粒子的方法。它可減少團聚,產品粒度均勻,粒徑分布窄,純度高。

                     

                    沉淀法操作簡單,工藝流程短,成本低,但反應易受溶液組分、濃度、溫度、時間等的控制,不易形成分散粒子。但近年來,通過引入冷凍干燥、共沸干燥、超臨界干燥等工藝,有效解決了硬團聚問題,能制得質量較高的納米粒子。

                     

                    5.反膠團微乳法

                     

                    該法是使互不相溶的兩種溶液中的一種以微小液滴的形式(水相)分散于另一相中(油相)形成微乳液(w/o型),用水相作為氧化物或氫氧化物生成的微反應器,發生沉淀反應,再經洗滌、干燥、煅燒得到納米氧化鋁粉體。

                     

                    反膠團微乳法操作簡單,可以通過改變原料組分的方式控制粒徑,而且粒徑分布窄,制出的均勻多相無機化合物粉末對功能陶瓷材料的生產有重要意義。但產品粒子過細,提高了后續分離過程的難度。

                     

                    6.溶劑蒸發法

                     

                    該法先將金屬鹽溶液制成微小液滴,將溶劑快速蒸發,溶質析出得納米粒子。溶劑蒸發法又包括直接干燥法、噴霧干燥法及冷凍干燥法、超臨界干燥法等。

                     

                    ①干燥法效率酸低,質量差,應用受到了限制;

                     

                    ②噴霧干燥法以硝酸鋁、碳酸鋁銨為原料,操作簡單,但硝酸鋁分解放出氮氧化物,可能會污染環境;

                     

                    ③冷凍干燥法產品均勻性好,但成本高;

                     

                    ④超臨界流體干燥技術以硝酸鋁為原料,在無機鹽-有機溶劑體系制得的氧化鋁粒徑小,孔徑大,密度低,表面能高,產品應用潛力巨大。

                     

                    另外,氧化鋁形貌也對導熱率有不同程度的影響。根據不同的燒成控制,氧化鋁的晶體形貌可以呈現出蠕蟲狀、片狀、球形(類球形)等形貌,目前在高導熱絕緣材料中填充的氧化鋁形貌主要以球形(類球形)為主。也有一些研究機構使用片狀氧化鋁制作高導熱絕緣硅橡膠復合材料。

                     

                    類球形氧化鋁和片狀氧化鋁

                     

                    總之,作為導熱絕緣硅膠用的填料氧化鋁,其晶體形貌、粒徑分布等都會對導熱絕緣硅膠材料的導熱率及產品性能有很大的影響。因此要想提高復合材料導熱性能,控制氧化鋁的性能指標是相當關鍵的工作。

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