氧化鋁導(dǎo)熱粉填料在導(dǎo)熱硅膠中的作用與性能影響分析

文章出處：行業(yè)動(dòng)態(tài) 責(zé)任編輯：東莞東超新材料科技有限公司發(fā)表時(shí)間：2024-06-28

　　一、引言
隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，電子元件和集成電路越來越小型化、密集化。為了保證電子器件的可靠運(yùn)行，良好的散熱性至關(guān)重要。然而，由于電子器件與散熱裝置之間存在空氣層，導(dǎo)致接觸熱阻增大，從而影響散熱效率。導(dǎo)熱硅膠因其優(yōu)良的粘性、柔韌性、壓縮性能和熱傳導(dǎo)率，被廣泛應(yīng)用于通訊設(shè)備、計(jì)算機(jī)等電器IC基板的散熱填充材料。

?在導(dǎo)熱絕緣硅橡膠中，常用的無機(jī)非金屬粉體填料包括氮化鋁、氧化鋁、氧化鋅等。氧化鋁不僅具有良好的絕緣性能，而且導(dǎo)熱率較高（常溫導(dǎo)熱率為30W/m·K），已在高壓、特高壓開關(guān)電器領(lǐng)域的絕緣制品中得到廣泛應(yīng)用。氧化鋁來源廣泛，價(jià)格較低，填充量大，性價(jià)比高，因此成為目前高導(dǎo)熱絕緣硅膠材料的主要導(dǎo)熱絕緣填料。

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二、氧化鋁在導(dǎo)熱硅膠中的導(dǎo)熱機(jī)理
?物質(zhì)中的熱能通常以振動(dòng)能的形式傳遞，即通過物質(zhì)內(nèi)部微觀粒子的相互碰撞實(shí)現(xiàn)熱能傳遞。對(duì)于金屬材料，熱傳導(dǎo)主要依靠自由電子的運(yùn)動(dòng)。而對(duì)于氧化鋁填料，其導(dǎo)熱主要依靠聲子的振動(dòng)，通過晶體的非線性熱振動(dòng)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱。硅膠作為高分子材料，由不對(duì)稱的極性鏈節(jié)構(gòu)成，整個(gè)分子鏈不能完全自由運(yùn)動(dòng)，只能發(fā)生原子、基團(tuán)或鏈節(jié)的振動(dòng)，因此其導(dǎo)熱率很低。通過填充高導(dǎo)熱系數(shù)的氧化鋁填料，可以顯著提高硅膠的熱導(dǎo)率。隨著氧化鋁添加量的增加，顆粒之間相互接觸，形成局部的導(dǎo)熱鏈或?qū)峋W(wǎng)，進(jìn)一步提高導(dǎo)熱性能。然而，過量的填料會(huì)導(dǎo)致硅膠的流動(dòng)性和柔韌性降低。
三、氧化鋁填料性能對(duì)導(dǎo)熱硅膠性能影響
?1、氧化鋁顆粒形貌對(duì)導(dǎo)熱硅膠性能影響：球形氧化鋁顆粒在高導(dǎo)熱絕緣材料中應(yīng)用較廣，因?yàn)榍蛐晤w粒表面能小，容易均勻分散于基體中，且填充量大。制備球形氧化鋁的方法有熔融法和高溫煅燒法，不同方法得到的氧化鋁導(dǎo)熱率有所不同。
?2、氧化鋁晶型對(duì)導(dǎo)熱硅膠性能影響：高熱導(dǎo)率的氧化鋁顆粒應(yīng)具有較高的結(jié)晶程度和致密度。α相氧化鋁為六方結(jié)構(gòu)，是氧化鋁多種變體中最為致密的結(jié)構(gòu)。α相氧化鋁粉體在硅膠中填充時(shí)，顆粒間接觸良好，有利于提高導(dǎo)熱率。
?3、氧化鋁純度對(duì)導(dǎo)熱硅膠性能影響：氧化鋁中的雜質(zhì)會(huì)影響其最終晶體燒結(jié)的致密度，不利于提高導(dǎo)熱性。雜質(zhì)還可能在疏松晶體結(jié)構(gòu)中形成導(dǎo)電離子，影響導(dǎo)熱絕緣硅膠的電氣性能。因此，導(dǎo)電絕緣用的氧化鋁粉體純度要求較高。
?4、氧化鋁粒度對(duì)導(dǎo)熱硅膠性能影響：研究發(fā)現(xiàn)，大粒徑的氧化鋁填料更容易互相接觸，形成導(dǎo)熱通路，從而提高熱導(dǎo)率。通過合理的氧化鋁粉體粒徑搭配，可以增大粉體的填充堆積密度，形成更多的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，有利于提高硅橡膠的導(dǎo)熱性。
?5、偶聯(lián)劑表面處理對(duì)硅橡膠性能的影響：經(jīng)偶聯(lián)劑改性的氧化鋁導(dǎo)熱粒子與硅膠的潤濕性好，可以祛除粒子與基體之間的空氣，提高粘接性，從而提高硅膠的熱導(dǎo)率和力學(xué)性能。
四、結(jié)束語
?氧化鋁作為導(dǎo)熱絕緣硅膠的填料，其性能受到多種因素的影響，包括氧化鋁粉體的顆粒形貌、晶型、化學(xué)組成等自身質(zhì)量因素，以及粉體的應(yīng)用因素，如偶合改性、顆粒級(jí)配、粉體在基體中的分散等。只有充分認(rèn)識(shí)到這些因素，才能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的導(dǎo)熱絕緣粉體填料。由于筆者水平有限，若有錯(cuò)誤的地方請(qǐng)多多指正。

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