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导热填料主力大军——氧化铝
2019年08月16日 发布 分类:粉体加工技术 点击量:729
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导热填料即是添加在基体材料中用来增加材料导热系数的填料。较为常用的导热填料有氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅等,其中,运用最广的为微米级氧化铝及硅微粉。

在?#23548;?#36816;用中,纳米氧化铝、氮化物多做为高导热领域的填充粉体;而氧化锌大多做为导热膏(导热硅脂)填料用;?#23435;?#29366;高导热碳粉、鳞片状高导热碳粉等则多用在航空航天、LED、精密电子仪器等特殊领域。

而今天我们就重点来讲讲,导热填料的主力大军——氧化铝

导热填料氧化铝

氧化铝具有导热、绝缘等优点,可作为导热填料用于制备导热绝?#21040;骸?#28748;封胶等高分子材料。与其他填料相比,虽然氧化铝的导热率不高,但也基本能满足“导热界面材料、导热工程塑料以及铝基覆铜板等领域填充剂”的应用。且氧化铝价格?#31995;停?#26469;源较广,是高导热绝缘聚合物的经济适用型填料。

导热氧化铝是高温条件下生成的白色粉末结晶,其结晶粉末众多,用于导热的氧化铝有球形氧化铝、类球形氧化铝、复合型氧化铝等。导热氧化铝必须具有粒径分布窄,粒径尺寸稳定性好,导热系数K值高,?#21058;?#25913;性后填充份数高等特性。一般来说,如果能够将导热氧化铝的平均粒径控制在合理的范围内,根据不同的填充量,导热系数可以达到3-10W/(m*K)之间。

 

球形氧化铝

导热氧化铝可广泛应用于硅胶,灌封胶,环氧树脂,塑料、橡胶导热、导热塑料、硅脂、散热陶瓷等不同材料中。在?#23548;?#24212;用中,Al2O3粉体填料可?#32536;?#29420;使用?#37096;?#20197;与其他填料例如AIN、BN等混合使用。

 

氧化铝导热填料的各种运用领域

氧化铝表面改性

由于氧化铝表面极性较强,在聚合物中难以均匀分散;加之其本身热导率不高,需要高填充量才能获得较好的导热性能,这便会导致复合材料黏度增大而难?#26376;?#36275;施工流动性要求,同时也大幅降低了其力学性能,使其应用范围受?#36739;?#21046;。氧化铝粒子和有机树脂基体界面间相容性很差,氧化铝粒子极易团聚,很难均匀地分散到高分子基体中。且氧化铝粒子与有机树脂的表面张力差异不同,使得高分子基体很难润湿粒子表面,从而导致二者界面处存在空隙,增加了复合材料的界面热阻。

如何降低氧化铝颗粒之间的团聚,?#32435;?#27687;化铝粉体与高分子基体的界面相容性,提高它们在高分子基体中的分散性,从而获得性能优异的复合材料,就成为氧化铝在填充材料领域中应用的关键性问题。

利用有机表面改性剂分子中的官能团在颗粒表面吸?#20132;?#21270;学反应对颗粒表面进行改性,有目的地改变粉体表面的物理化学性质,如表面能、表面极性等,便是解决氧化铝粉体分散性差这一难题的杀手锏。

目前,普通氧化铝的表面改性剂以传统的硅烷?#21058;?#21058;为主。但短链硅烷?#21058;?#21058;作表面改性剂时,对热导率的提高效果有限。因此,为了克服短链硅烷?#21058;?#21058;作表面改性剂时存在的缺陷,可采用十六烷基三甲氧基硅烷对氧化铝进行表面改性。

 

改性前后的对比图

经该硅烷?#21058;?#21058;改性后,氧化铝粉体分散均匀,颗粒无明显团聚现象存在,粉体棱角减少?#27426;?#26410;改性氧化铝颗粒团聚较多,粉体形貌也较粗糙。据分析,改性氧化铝分散性提高可能是因为氧化铝表面包覆一层硅烷?#21058;?#21058;后,表面极性降低;改性氧化铝表面形貌的改变可能是因为改性时机械力的作用,导致氧化铝表面棱角减少,变得?#19981;?#38477;低氧化铝表面极性、提高其与硅橡?#21512;?#23481;性的目的。

中铝郑州研究院亦采用特定?#21058;?#21058;改性方法开发出适用于灌封胶用的导热填料氧化铝。该?#21058;量?#20197;明显的降低填料氧化铝的吸油值,相对于未表面处理的填料氧化铝,经?#21058;?#21058;表面处理后填料氧化铝的吸油值可以降低10%-30%。表面处理后的填料氧化铝粉体分散性较好,颗粒无明显团聚现象存在,粉体棱角减少,可以?#32435;?#22797;合材料的性能,使体系的界面相互作用增强,提高复合材料的力学性能。

参考文献:

导热填料氧化铝的表面处理研究,中国铝业郑州有色金属研究院有限公司,贾春燕,李东红,杨双凤。

粉体圈 作者:朱朱


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