搜档网
当前位置:搜档网 › 高导热氮化铝应用于绝缘高导热橡胶20130102

高导热氮化铝应用于绝缘高导热橡胶20130102

第一章高导热氮化铝应用于绝缘高导热硅橡胶

一:概述

随着电子产品愈来愈趋于小型化,微电子的组装也愈来愈密集化,其工作环境温度急剧向高温方向变化。有研究资料显示电子元器件温度每升高2℃,其可靠性就下降10%,因此散热问题也就成了设备是否能够正常运行的关键问题。过去,绝缘散热器使用高导热陶瓷来制作,由于陶瓷产品的加工难度高,容易破裂,所以现在也使用导热塑料做散热片,但同样存在耐高温、耐老化不好,特别是与电子元器件的贴合性较差,而造成导热效果不好的缺点。而添加有导热填料的硅橡胶,不但具有电绝缘性能和导热迅速的功能外,还有很好的耐高温性和阻燃性,同时还可起到减震的作用。

普通硅橡胶的导热性能较差,热导率通常只有0.2 W/m·K左右;

天然橡胶硫化胶 0.15-0.21 W/(m?K)天然橡胶硬质胶 0.15-0.17 W/(m?K)

丁苯橡胶 0.19 W/(m?K)氯丁橡胶0.19 W/(m?K)

氯丁橡胶硫化胶0.21 W/(m?K)丁基橡胶0.09 W/(m?K)

丁腈橡胶0.25 W/(m?K)硅橡胶0.27 W/(m?K)

故需要加入导热填料来提高硅橡胶的导热性能。

二:影响硅橡胶导热性的因素

(1)导热助剂种类

导热填料种类较多,如Si02、Ag、Cu、BN、AIN等。硅橡胶的导热性能与导热填料

的种类密切相关,选择高导热系数的填料,综合考虑填料在硅橡胶中形成导热网链

的难易程度,有利于提高硅橡胶的导热系数。某国内化学研究所研究了铝粉、刚玉粉、氮化硅和氮化铝等导热填料对R1Ⅳ硅橡胶性能的影响,结果发现填充氮化硅和氮化铝的硅橡胶具有较高的导热性和很好的电绝缘性能;常用的导热填料有金属粉末(如Al、Ag、Cu等)、金属氧化物(如Al2O3、MgO、BeO等)、金属氮化物(如Si3N4、AlN、BN等)及非金

属材料(如SiC、石墨、炭黑等)。同金属粉末相比,金属氧化物、金属氮化物的导热性虽然较差,但能保证硅橡胶具有良好的电绝缘性能。金属氧化物中,Al2O3是最常用的导热填料;金属氮化物中,BN、AlN是最常用的导热填料。随着电子产品体积缩小和功率增大的需求,Al2O3添加到硅橡胶中作为导热填料制作出的产品的导热率有限,而AlN的导热系数是Al2O3的5-8倍,成为应用硅橡胶导热填料的首先对象,高导热BN,因导热率高,其价格较昂贵,是AlN成本的1.5—2倍,在大批量使用下,会增加成本。

(2)导热助剂用量

导热填料用量不但影响硅橡胶的导热性能,而且影响其力学性能和加工性能。导热填料的体积分数有一个临界值(渗透阈),高于这个值,硅橡胶的导热系数以远高于渗透阈以下时的速度增加,但加入过多的导热填料使体系粘度增加,加工困难。

(3)导热填料的表面处理

体系的热导率不仅取决于填料本身的热导率,还取决于粒子表面的易湿润程度。这是因为填料表面的润湿程度影响着填料与基体的粘接程度、基体与填料界面的热阻、填料的分散性、填料的加入量等一些直接影响体系导热性的因素。

表面处理可提高导热填料与硅橡胶的相容性,增加填充量,提高导热性。下表表示分别经KI-I.550(r-氨丙基三乙氧基硅烷),A-151(乙烯基--7,氧基硅烷)、六甲基二硅氮烷、二甲基二甲氧基硅烷表面处理的金属氧化物填充IHV导热硅橡胶的性能。与未经处理的金属氧化物相比,经表面处理的金属氧化物填充RTV硅橡胶的导热系数略有提高,粘度降低,说明表面处理可改善导热填料与硅橡胶的相容性,提高硅橡胶的导热性能和加工性。

导热填料的表面处理对RTV导热硅橡胶性能的影响

(4)导热填料粒径

粒径大的导热填料相互接触形成导热网链时,接触的填料之间空隙大,易被残留的空气吸附或被低热导的聚合物填入,材料的导热系数不高;导热填料的粒径越小,表面积越大,填料间相互接触的几率增大,容易形成导热网链。但是实验表明,填料粒径过小不并不利于增加材料的导热系数,在形成相同长度的导热网链时所需要的小颗粒数目增加,即增加了粉末间的接触点,当热流经过材料时,材料内部接触点散射程度增加,降低了材料的导热系数。适当粒径的填料可以抑制胶料的结构化效应,降低胶料的粘度,使胶料的加工性能较好,但当粒径增大到一定程度后,导热填料只起增容作用,填料对硅橡胶的补强作用差,力学性能下降。采用氮化铝作为导热填料,粒径控制在5-20um,

可以制得导热性能优异、力学性能及加工性能良好的RTV硅橡胶。导热绝缘粉体可增加绝缘导热组合物的热传导率,导热绝缘粉体的材质例如为金属氧化物、陶瓷、钻石、木炭、或前述的组合。具体而言,导热绝缘粉体的材质包括氮化硼、氧化铝、氮化铝、氮化镁、氧化锌、碳化硅、氧化铍、钻石、碳化钨、或前述的组合。绝缘高导热材料一般有氮化硼、氮化铝、氮化铍、碳化硅;氮化硼为片状,其实际应用到产品中,其导热效果有限;氮化铍有毒;碳化硅其介电常数相对很大;故氮化铝为绝缘高导热材料应用于导热组合物的理想选择。

三:技术参数

型号:ALN-SF;粒径:2-30微米;纯度:>99.9;密度:2.36g/cm3;导热系数:320 w/m.k 颜色:灰白色

· ALN020SF-- 2um @D50

· ALN050SF-- 5um @D50

· ALN100SF--10um @D50

· ALN200SF-- 20um @D50

· ALN300SF-- 30um @D50

四:氮化铝性能

氮化铝是原子晶体,属类金刚石氮化物,最高可稳定到2200℃。室温强度高,且强度随温度的升高下降较慢。导热性好,热膨胀系数小,是良好的耐热冲击材料。抗熔融金属侵蚀的能力强,是熔铸纯铁、铝或铝合金理想的坩埚材料。氮化铝还是电绝缘体,介电性能良好,用作电器组件也很有希望。由于氮化铝压电效应的特性,氮化铝晶体的外延性伸展也用于表面声学波的探测器。氮化铝应用于光电工程,包括在光学储存接口及电子基质作诱电层,在高的导热性下作芯片载体,以及作军事用途。超细氮化铝粉末,目前主要用在做高分子材料导热填料,是一种非常好的,高导热绝缘填料,在电子胶,导热塑料,LED散热,传热器上应用前景很广。

五:氮化铝应用难题

目前氮化铝粉末在高分子材料导热方面的应用并不乐观,主要是客户使用的时候,理论导热传热效果与实际测试数据相差太远。这个主要的原因,氮化铝粉末是一种极易吸收水分和氧的材料,它一接触到水分和氧,就水解氧化,结果就失去了它导热散热的性能特性了,这个是目前制约氮化铝粉末使用的一大难题。氮化铝超细粉末,未经过表面处理和改性,很难与高分子材料混合均匀,这样就很难形成一个良好的导热信道、互穿网络,很难解决高分子的导热传热。

六:氮化铝应用难题解决

在生产工艺上面,GloablTop Materials公司加设了氮化铝粉在线表面处理工艺,通过高分子偶联剂、表面抗水解基团嫁接、大分子分散剂耦合及表面架桥反应机理,对氮化铝粉末进行表面防水和抗氧化处理,制备出来的氮化铝粉末ALN-SF系列,在空气和客户使用的过程中,抗水解和防氧化,大大提高了氮化铝粉末的导热绝缘性能,经过改性处理好的氮化铝粉末,能很好的与高分子材料混合,形成很密实的导热信道与互穿网络,最大程度地起到导热、散热功效。

七:优化加工工艺

在导热填料确定之后,决定体系导热性的另一主要因素就是材料的加工工艺。如粒子与基体复合的方式,采用溶液混合制得的橡胶的导热性能明显优于采用直接混炼制得的橡胶;材料成型过程中的温度、压力、填料及各种助剂的加料顺序会在很大程度上影响材料的导热性能;借助外界的定向拉伸或模压可提高材料的导热性能;使用一系列粒径不同的粒子,让填料间形成最大的堆砌度,可提高材料的导热性。

相互交流氮化铝相关知识,请联系,昆山宇诚台苯商贸有限公司QQ:1076663271联系人:李生;联系电话:0512-********.

八:导热硅橡胶的应用

导热橡胶由硅橡胶基体和导热填料等制成,不但有散热作用,而且还有减振和三防作用,在电磁屏蔽、电子信息、机械工程等领域具有广泛的应用。采用RTV硅橡胶和导热填料复合,配以硫化剂、催化剂,经硫化得到的弹性体具有较高的导热性,优异的电绝缘性及耐水、耐臭氧、耐气候老化等性能,可用作绝缘导热灌封料。

九:结束语

导热硅橡胶在国外研究较为成熟,国内尚处于开拓阶段。导热硅橡胶的应用有待于进一步的开发,如能解决其综合性能与工艺性能统一问题,导热硅橡胶无疑有很好的应用前景。总之,导热硅橡胶不仅具有良好的导热性能,而且还有金属等不能比拟的综合性能,将会越来越受到人们的关注,其开发前景相当可观,应用将愈来愈广泛。

第二章导热硅橡胶的制备及性能测试方法2.1原材料

橡胶:110甲基乙烯基硅橡胶浙江合盛公司

填料:氮化铝粉, ALN200SF,台湾GloablTop Materials公司生产

硫化剂:二叔丁基过氧化已烷

2.2仪器

导热绝缘弹性橡胶采用硅橡胶基材,氮化铝陶瓷颗粒为填充剂,导热效果非常好。同等条件下,热阻抗要小于其它导热材料。具有柔软,干净,无污染和放射性,高绝缘性的特点,玻璃纤维加固提供了良好的机械性能,能够防刺穿、抗剪切、抗撕裂,可带导热压敏背胶。导热橡胶的导热性能不仅和导热材料的厚度有关,还和导热材料的使用面积有关。由于导热材料的结构关系,所以一般情况下,导热材料还会和受到的压力大小有关系。压力大,导热能力就会强。一般导热材料受到的压力在5-100psi,大多数散热器的安装压力不会超过250psi。

氮化铝导热橡胶:导热性能优异,适用大功率器件散热,相同条件下与普通导热材料相比,可使器件温度低20℃以上。

相关主题