氧化铝在导热绝缘高分子复合材料中的应用

晶瑞孙618 2022年12月17日浏览：1560 收藏：1

随着集成技术和微封装技术的发展，电子元器件和电子设备向小型化和微型化方向发展，电子设备所产生的热量迅速积累、增加。为保证电子元器件在使用环境温度下仍能高可靠性地正常工作。需要开发导热绝缘高分子复合材料替代传统高分子材料，作为热界面和封装材料，迅速将发热元件热量传递给散热设备，保障电子设备正常运行。

1.填料的导热机理

高分子材料本身的热传导系数比较小，所以填充型高分子复合材料导热性能主要依赖于填充物的导热系数，填充物在基体中的分布以及与基体的相互作用。填料用量较小时，填料虽均匀分散于树脂中，但彼此间未能形成相互接触和相互作用，导热性提高不大；填料用量提高到某一临界值时，填料间形成接触和相互作用，体系内形成了类似网状或链状结构形态，即形成导热网链。当导热网链的取向与热流方向一致时，材料导热性能提高很快；体系中在热流方向上未形成导热网链时，会造成热流方向上热阻很大，导致材料导热性能很差。

制造具有优良综合性能的导热材料一般有两种途径：一种是合成具有高热导率的结构聚合物；另一种是在聚合物中填充高导热性的填料。后者比较常见。一般都是用高导热性的金属或无机填料对高分子材料进行填充。氧化铝（VK-L04R,VK-L600D）通常作

为填料应用于绝缘导热高分子复合材料。

2 氧化铝的形态及表面处理

2.1 氧化铝（VK-L04R,VK-L600D）作为导热绝缘材料的特点

具有导热电绝缘性能的填料很少。常见的几种及其热导率分别见表1。实验研究证明，当填料与基体热导率之比大于100时。提高填料导热系数已意义不大。这就意味着应用电绝缘填料如Al2O3，MgO、BeO、AlN等可制备具有较高导热性能的电绝缘复合材料.与其他填料相比Al2O3（VK-L04R,VK-L600D）的导热率不高，但是其价格较低，来源较广，填充量较大，常用作绝缘导热聚合物的填料。Al2O3通常单独使用或与其他填料混合使用。

2.2 Al2O3的表面处理方法

Al2O3常用偶联剂或表面处理剂进行表面处理，以提高树脂基体和填料的相容性，从而提高基体材料的导热性能和不显著降低其力学性能。如周文英旧用的钛酸酯偶联剂处理SiC及Al2O3粉末，张晓辉等用偶联剂表面处理Al2O3，粒子后填充环氧胶粘剂．与未经表面处理直接填充所得的环氧胶粘剂相比,其热导率提高了 10％，获得的最大热导率为1.236W·(m·k）^-1

3 氧化铝在导热绝缘材料中的应用

Al2O3（VK-L04R,VK-L600D）常用作绝缘导热聚合物的填料，广泛应用于导热塑料、导热橡胶、导热粘合剂、导热涂料。

3.1 导热塑料

麦堪成等研究表明加人Al2O3（VK-L04R,VK-L600D）使聚丙烯(PP)的导热系数提高，且Al2O3/PP复合材料的导热系数随Al2O3用量增加而提高。加入第3组分Cu、ZnO、A1和石墨，进一步提高Al2O3复合材料的导热系数。用接枝PP作为基体的复合材料导热性能比PP的高，但接枝PP与PP共混物作为基体的复合材料的导热系数反而低于 PP的导热系数。

3.2导热橡胶

汪倩等人研究了Al2O3、SiC两类导热填料以及填料的粒径分布对室温硫化硅橡胶和硅酯的导热性能和粘度的影响。结果发现选用不同粒径的SiC和Al2O3，导热填料对体系填充可得到高导热性室温硫化硅橡胶和硅酯，且工艺性能良好。

唐明明在研究中发现随着微米Al2O3填充份数的增加，SBR的热导率增大，但其加工性能和物理力学性能下降；用硅烷偶联剂KH-570，KH-550，A-151和钛酸酯偶联剂TM—S105处理后的微米Al2O3，填充剂对导热橡胶的导热性能的影响不

显著；在相同填充量下，采用纳米Al2O3（VK-L04R）填充比用微米Al2O3，填充的导热橡胶具有更好导热性能和物理力学性能；在合适的比例下，纳米氧化铝与微米氧化铝(VK-L600D)混合填充的导热橡胶其导热效果优于单纯使用微米粒子填充的橡胶。张立群等人系统研究了不锈钢短纤维、片状石墨、短碳纤维、铝粉、Al2O3粉等5种导热填料对天然橡胶（NR）为基质的复合材料的静态导热性能、动态温升、物理力学性

能的影响。结果表明Al2O3（VK-L04R）可以明显提高NR的静态导热系数，并且用量越高，导热系数越大。Al2O3塑料助剂填充的NR动态温升仍高于对比胶料，且实验时间越长，温升越高。

3.3导热绝缘涂料

周文英以环氧改性有机硅树脂为基体，氮化硅、氧化铝（VK-L04R,VK-L600D）混合填料为导热粒子制备了导热绝缘涂料。在4O％总填料用量及氧化铝占总用量的2O％时，涂层获得最大热导率1.25W/(m·K)，此用量下拉仲性能及断裂延伸率下降，室温附着力达572．2N/cm² ．涂层介电常数5.7，体积和表面电阻率分别为3x10¹³Ω·cm 和 4.3x10Ω，涂层可长期在200℃下使用，显示出良好的电绝缘性。与不使用导热填料的环氧改性有机硅树脂涂层相比具有较高的传热能力。

Al2O3（VK-L04R,VK-L600D）常用作绝缘导热聚合物的填料，广泛应用于导热塑料、导热橡胶、导热粘合剂、导热涂料，但纳米Al2O3的应用报道不多。唐明明发现在相同填充量下，采用纳米Al2O3，填充比用微米Al2O3，填充的导热橡胶具有更好导热性能和物理力学性能。随着纳米复合技术的发展，可以预见纳米Al2O3的研究、纳米 Al203与聚合物基体复合新技术的开发和应用等将成为今后的研究方向。