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    如何通過配方改良提升導熱灌封膠的導熱性

    發布時間:[2016-1-27]  查看次數:560

    深圳導電硅膠訊:如何通過配方改良提升導熱灌封膠的導熱性

      深圳導電硅膠訊:傳統導熱材料多為金屬和金屬氧化物及其它非金屬材料(如石墨、炭黑、A1N、SiC 等)。隨著科學技術的進步和工業生產的發展,許多特殊場合如航空、航天和電子電氣領域對導熱材料提出了新的要求,希望材料具有優良的綜合性能,既能夠為電子元器件提供安全可靠的散熱途徑,又能起到絕緣和減振作用,導熱橡膠正好滿足了這一要求,導熱硅橡膠是其中典型的代表。
      
      普通硅橡膠的導熱性能較差,熱導率通常只有0.2W/m·K 左右;加入導熱填料可提高硅橡膠的導熱性能。常用的導熱填料有金屬粉末(如Al、Ag、Cu 等)、金屬氧化物(如Al2O3、MgO、BeO 等)、金屬氮化物(如SiN、AlN、BN 等)及非金屬材料(如SiC、石墨、炭黑等)。同金屬粉末相比,金屬氧化物、金屬氮化物的導熱性雖然較差,但能保證硅橡膠具有良好的電絕緣性能。
      
      金屬氧化物中Al2O3是最常用的導熱填料;金屬氮化物中,SiN、AlN是最常用的導熱填料。這些導熱填料各有優缺點,金屬以及非金屬填料具有較好的導熱性和導電性,而其化合物則具有較高的電絕緣性。填料的熱導率不僅與材料本身有關,而且與導熱填料的粒徑分布、形態、界面接觸、分子內部的結合程度等密切相關。一般而言,纖維狀或箔片狀的導熱填料的導熱效果更好。
     。1)提高導熱填料的導熱性
      對填料進行表面處理可以提高填料與基膠的相容性,增加填充量,實現灌封膠導熱性大幅度提高。如采用經硅烷偶聯劑KH-550、A-151、六甲基二硅氮烷、二甲基二甲氧基硅烷表面處理的剛玉粉填充RTV 導熱硅橡膠,材料的熱導率可從1.16w/(m.K)提高2.10w/(m·K),導熱性能提高近一倍。
     。2)將填料超細化和纖維化
      如果把無機填料的尺寸減小到納米級,其本身的導熱性會因粒子內部原子間距和結構的變化而發生質的變化。如常規氮化鋁(AlN) 的熱導率約為36 W/(m·K),而納米級AlN 卻為320W/(m·K)。潘大海等人發現,當粒徑為5~20μm 的氮化硅(SiN)的用量為150~250 份(基體為100 份)時,RTV 硅橡膠的熱導率為0.9W/(m·K),且物理性能及加工性能良好。相同種類及用量的球形、片狀、纖維填料對硅橡膠導熱率的影響不同,其中晶須對提高硅橡膠的熱導率最有效;球形最差。J.Ma 等人發現將各種尺寸的碳纖維加到傳統的A12O3中熱導率提高大約6倍。根據Y.Agari 等人提出的模型,當填料聚集成的傳導塊與聚合物傳導塊在熱流方向平行時,熱導率最高。因此,制造高取向的填料可大大提高硅橡膠的熱導率。美國AMOCO 公司生產的碳纖維K1100,其軸向熱導率高達1100W/(m·K),加上其負的熱膨脹系數、高模量、低密度,使其特別適合于制成高導熱及尺寸穩定或熱膨脹系數匹配的復合材料。
     。3)將不同粒徑分布的填料并用
      填料的熱導率與其顆粒的尺寸比密切相關。當一種粒徑均一的粒子以某種形式堆積,再在其中的空隙中加入另一種粒徑的顆粒時,可使填料顆粒之間緊密堆砌,形成導熱通路。通過特殊的工藝使導熱填料間形成隔離分布態時,即使用量很小也會賦予復合材料較高的導熱性。謝擇民等人采用不同粒徑的αA12O3和SiC 填充硅橡膠,當填料的總用量為55 份時,硅橡膠具有較低的粘度,且硅橡膠硫化后膠料的熱導率可達1.48W/(m·K)。
     。4)改善加工工藝
      決定灌封硅橡膠導熱性的另一個主要因素是其加工工藝。復合材料成型過程中的溫度、壓力、填料及各種助劑的加料順序也會對材料的導熱性能產生明顯的影響,如熱硫化硅橡膠的熱導率大多數高于RTV 硅橡膠。這一方面是由于RTV 硅橡要求具有較好的工藝操作性能,所以膠料的粘度不能太大,因此不能加入太多膠的導熱填料;另一方面是因為RTV 硅橡膠的致密性比熱硫化硅橡膠差,也影響了其導熱性能。因此,通過對填料的種類、加入量及填料與其它助劑比例的優化可獲得導熱性高且綜合性能優越的硅橡膠。

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