復(fù)合導(dǎo)熱填料及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合導(dǎo)熱填料及其制備方法。屬于電子材料領(lǐng)域。作為一種導(dǎo)熱絕緣填料，可制成特點(diǎn)突出的導(dǎo)熱材料，應(yīng)用于電子、電力、半導(dǎo)體等工業(yè)部門的熱管理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]導(dǎo)熱材料是一種專為熱管理而制作的導(dǎo)熱介質(zhì)。熱管理作為一個(gè)專門學(xué)科而解決設(shè)備熱量的產(chǎn)生和散發(fā)的問題。隨著電子產(chǎn)品的微型化、組裝的密集化，其工作溫度急劇趨向于高溫，而電子產(chǎn)品和電器又向大功率邁進(jìn)，這種狀況使產(chǎn)品的熱管理、熱設(shè)計(jì)成為重要課題
[0003]通常，在電子設(shè)備運(yùn)行中，主體部分產(chǎn)生的熱量通過導(dǎo)熱和散熱達(dá)到熱的平衡。導(dǎo)熱材料介于熱源和散熱器之間，形成良好的導(dǎo)熱通路。在很多情況下，導(dǎo)熱部分必須導(dǎo)熱而又絕緣，同時(shí)對(duì)比重、熱膨脹系數(shù)、化學(xué)穩(wěn)定性、物理形態(tài)及外觀，都有一定的要求，所有這些要求和功能，又都依賴于導(dǎo)熱材料所具備的性能。導(dǎo)熱材料通常由基體和填料構(gòu)成，基體一般是塑料、橡膠、硅脂，硅膠、粘合劑、樹脂等熱阻性高的材質(zhì)，導(dǎo)熱性很差，欲使這些基體具有良好的導(dǎo)熱性能，通常的作法是向其中加入粉狀的填料，這些填料導(dǎo)熱性與介電性皆佳，是填充型導(dǎo)熱復(fù)合材料的重要基元，它們是影響材料導(dǎo)熱效能及其他相關(guān)特性的關(guān)鍵所在。
[0004]最常用的導(dǎo)熱填料是六方氮化硼(HBN)、氧化鋁(A1203)、氧化鎂(MgO)、氮化鋁(AlN)、氧化鋅(ZnO)、碳化硅(SiC)等。其中ZnO主要用于導(dǎo)熱硅脂，A1203用于常規(guī)產(chǎn)品，BN則用于高導(dǎo)熱領(lǐng)域。上述填料各有特點(diǎn)和不足，SiC導(dǎo)熱系數(shù)高，介電性能差，密度大；MgO和A1203的導(dǎo)熱率低，MgO還易吸濕；A1N的導(dǎo)熱率很高，但易水解；HBN熱導(dǎo)率高，性能穩(wěn)定，是公認(rèn)的理想導(dǎo)熱填料，但價(jià)格高，限制了它的廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要達(dá)到的最終目的是:采用一種高導(dǎo)熱粉末作為復(fù)合粉的外殼，以另一種粉末作為內(nèi)芯，用物理整合工藝將二者組成一種復(fù)合粉，充當(dāng)導(dǎo)熱填料，組成外殼的材料包括氮化物、硼化物、氧化物、硅化物、碳化物、復(fù)合氧化物(水合硅酸鹽)等陶瓷類材料。他們必須導(dǎo)熱而又介電性能好；內(nèi)芯材料則為石墨、氧化物、玻璃等無機(jī)物。它們要導(dǎo)熱，但不一定絕緣，選取不同的外殼材料及不同的內(nèi)芯材料，為的是至少要達(dá)到下列目的中的一種:
[0006](I)外層具有高導(dǎo)熱而又絕緣，內(nèi)芯高導(dǎo)熱導(dǎo)電，組成復(fù)合粉后，外殼的絕緣阻止了內(nèi)芯的導(dǎo)電性，作為填料加入到基體中，顆粒與顆粒之間形成了導(dǎo)熱通路，而內(nèi)芯因外殼的介電性，阻擋了內(nèi)芯的導(dǎo)電通路，使復(fù)合填料只能導(dǎo)熱而不導(dǎo)電，典型實(shí)例是HBN包石里年、O
[0007](2)外殼材料具有高導(dǎo)熱及絕緣性，而內(nèi)芯材料絕緣但導(dǎo)熱性一般，但價(jià)格低廉，組成復(fù)合粉后內(nèi)芯起增容作用，在同樣的體積填充率的情況下，減少了外殼材料的用量，達(dá)到高導(dǎo)熱低成本的目的。典型實(shí)例如HBN包A1203及玻璃等。(3)可明顯改善導(dǎo)熱材料的物理特性，使粘度降低，硬度減小，有利于導(dǎo)熱材料的實(shí)際應(yīng)用，同時(shí)可增大填充率，提高導(dǎo)熱性，典型實(shí)例如HBN包石墨。
[0008](4)復(fù)合填料的外殼和內(nèi)芯可互相組合或搭配，從而使材料在色彩、熱膨脹系數(shù)、潤濕性、耐蝕性等方面達(dá)到所期望的效果。
[0009](5)依上所述，外殼材料最典型的是A1N、HBN、水合硅酸鎂、Si3N4等導(dǎo)熱性好的介電粉末，而內(nèi)芯則為石墨、A1203、SiC和MgO等材料。本發(fā)明通常為HBN包石墨、AlN包A1203、HBN包玻璃、HBN包A1203、AlN包石墨、AlN包玻璃。
[0010]本發(fā)明的制備方法采用物理整合法，包括以下步驟:
[0011](I)外殼粉的粒度為1-15微米，用量占復(fù)合粉總重量的10-19%
[0012](2)內(nèi)芯粉的粒度為20-100微米，用量占復(fù)合粉總重量的10-90%
[0013](3)將內(nèi)芯粉放入特制的垂直式整合器中，加入一定量的整合劑，過5-10分鐘，加入外殼粉，用量占總投入量的1/2，進(jìn)行第一次整合，過程進(jìn)行20-40分鐘，得到初級(jí)復(fù)合粉。
[0014](4)將初級(jí)復(fù)合粉移入臥式整合器中，加入一定量的整合劑，過5-10分鐘，投入外殼粉的另一半，進(jìn)行第二段整合，過程進(jìn)行30-50分鐘，卸出物料。
[0015](5)將物料送入80-200°C的烘箱中，烘烤30-50分鐘，取出后篩分，即得最終復(fù)合填料。
【附圖說明】
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[0016]圖1:復(fù)合填料的制備過程
[0017]圖1為本發(fā)明復(fù)合導(dǎo)熱填料的制備過程。其中，外殼粉、內(nèi)芯粉及整合劑按一定比例先后放入垂直和臥式整合器中，經(jīng)二次整合后得到三維復(fù)合粉，再經(jīng)烘烤后篩分，即得成品O
[0018]圖2:氮化硼包石墨復(fù)合填料形貌圖(實(shí)例I)
[0019]圖3:本發(fā)明制取的氮化鋁包氧化鋁復(fù)合填料形貌圖(實(shí)例2)
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)例1:
[0021]將5-15微米的BN粉200克，150-250目的石墨粉500克，整合劑30克，加入臥式整合器中，整合30分鐘，卸出物料，裝入垂直整合器中，加入50克整合劑，300克5-15微米BN粉，經(jīng)行第二次整合，過程經(jīng)歷35分鐘，卸出物料，再裝入100°C的烘箱中烘烤45分鐘，取出過篩，即得BN包石墨復(fù)合填料。
[0022]實(shí)例2:
[0023]將2-5微米經(jīng)過表面處理的A1N250克，200-250目的Al203粉500克，整合劑40克，加入臥式整合器中，整合30分鐘，卸出物料，裝入垂直整合器中，加入40克整合劑，250克2-5微米AlN粉，經(jīng)行第二次整合，歷經(jīng)30分鐘，卸出物料，再裝入100°C的烘箱中烘烤45分鐘，取出過篩，即得AlN包Al203粉復(fù)合填料。
[0024]性能測試1:
[0025]將實(shí)例I所得HBN-石墨復(fù)合填料，以及平均粒度為15 μ m的純HBN粉，各以40%的填充率加入到聚氨酯塑料中，制成導(dǎo)熱試件，測量他們的導(dǎo)熱率，二者分別為5.2ff/m.k和5.0ff/m.k，應(yīng)屬大體相近，但復(fù)合填料經(jīng)濟(jì)成本下降明顯。
[0026]性能測試2:
[0027]在同一牌號(hào)的二組硅橡膠中，一組加入HBN包石墨，另一組加入純HBN，當(dāng)填充率達(dá)到50%時(shí)，加入純HBN的一組因發(fā)粘，不能再加。此時(shí)，測二者的邵氏A硬度分別為14和25，HBN包石墨的一組明顯偏軟，彈性好，而且填充率還可加大到70%左右。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種復(fù)合導(dǎo)熱填料及其制造方法。復(fù)合填料由外殼層包覆內(nèi)芯構(gòu)成。外殼材料為導(dǎo)熱性和介電性都好的氮化物、硅化物、氧化物、碳化物等無機(jī)材料，而內(nèi)芯材料為導(dǎo)熱性好但不一定是絕緣的無機(jī)材料，如石墨、氧化物，玻璃，塑料等及其他無機(jī)材料。 經(jīng)過整合工藝使外殼材料均勻地包覆在內(nèi)芯外圍，形成包覆型的復(fù)合粉體。2.在權(quán)利I中所說的外殼材料可以采用一種或一種以上的不同材料，單獨(dú)或共同包覆在內(nèi)芯材料的外表面，形成多組份為一體的包覆體。3.在權(quán)利書I中，外殼材料占復(fù)合填料總重量的10-90%，內(nèi)芯材料占復(fù)合填料總重量的 90-10% ο4.在權(quán)利書I中，在制造復(fù)合導(dǎo)熱填料所米用的外殼材料，是粒度小于30μ m的粉末，而內(nèi)芯材料是粒度小于100 μm的粉末。5.權(quán)利書I中所說的外殼材料包覆在內(nèi)芯材料外圍，形成復(fù)合導(dǎo)熱填料的制造方法。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種復(fù)合導(dǎo)熱填料，該填料是一種包覆型粉體，由內(nèi)芯及外殼組成。內(nèi)芯材料要求導(dǎo)熱，可導(dǎo)電也可絕緣；外殼材料則要求導(dǎo)熱，但同時(shí)必須絕緣。外殼材料為導(dǎo)熱性和介電性都好的氮化物、硅化物、氧化物、碳化物等無機(jī)材料，而內(nèi)芯則為石墨、氧化物、玻璃等。這些復(fù)合導(dǎo)熱填料加入到塑料、橡膠、樹脂、硅脂、粘合劑等基體中，構(gòu)成特點(diǎn)突出的導(dǎo)熱材料。在性價(jià)比及諸多性能方面，比傳統(tǒng)的導(dǎo)熱填料有更多的優(yōu)勢。
【IPC分類】C08K3/38, C08L75/04, C08K3/28, C08K3/04, C08K3/22, C08L83/04
【公開號(hào)】CN105419301
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410460369
【發(fā)明人】賈永昌, 張有茶
【申請(qǐng)人】北京廊橋材料技術(shù)有限公司
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2014年9月11日