高性能热界面材料的制备与接触热阻实验研究

摘要

随着微电子技术的发展，电子器件的工作功率不断提高，器件产生的热量急剧增加，给电子器件的散热带来了极大挑战。本文的研究目的是制备高性能的热界面材料，降低界面间的接触热阻，满足电子器件的工作要求。
　　论文采用高导热性能的纳米铜、MWCNTs、碳纤维、鳞片状碳粉、SiC颗粒作为填料掺杂到环氧树脂中，制备出具有高性能的热界面材料，采用SEM电镜观察其微观形貌，测量其热导率、粘度等物性参数，利用界面接触热阻测试装置，测量了两固体界面间涂抹热界面材料后的接触热阻。研究发现:
　　(1)纳米铜、SiC颗粒分别掺杂到环氧树脂中，可优化复合热界面材料的导热性能和两固体界面间的接触热阻，且SiC颗粒经偶联剂处理可更好的优化材料的导热性能和两固体界面间的接触热阻。纳米铜质量份额在80wt％时，复合材料的导热系数为1.21W/(m·k)，界面间的接触热阻为10.46mm2K/W。
　　(2)当MWCNTs、碳纤维、鳞片状碳粉分别掺杂到环氧树脂中，所得鳞片状碳粉/环氧树脂复合材料的性能最好，其导热系数最大为1.37W/(m·k)，界面间的接触热阻最小为20.4mm2K/W。随着质量份额的增加，复合材料的粘度增大，其热导率先大幅度增大后趋于平缓或减小，界面间的接触热阻先减小后增大。
　　(3)采用不同形状的填料制备复合材料，有助于填料在基体内堆积，形成导热网链，提高传热性能。随填料份额的增加，复合材料的热导率先增大后减小;添加小份额时，界面间的接触热阻得到优化，份额增大时，流动性能恶化，边界热阻增大，颗粒间的缝隙存在大量空气，导热系数减小，故界面间的接触热阻不断增大。
　　(4)复合材料的界面传热性能不仅与其导热系数有关，还与填料的性质、材料的流动性等有关。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 本论文的研究意义和研究内容

1．3．1 研究意义

1．3．2 研究内容

2 纳米铜粉／环氧树脂复合材料的制备与性能研究

2．1 实验部分

2．1．1 实验材料

2．1．2 主要实验设备

2．2 实验过程

2．3 性能测试

2．4 结果与讨论

2．4．1 纳米铜／环氧树脂复合材料的微观表面SEM测试

2．4．2 纳米铜／环氧树脂复合材料的导热系数

2．4．3 纳米铜／环氧树脂复合材料的粘度

2．4．4 纳米铜／环氧树脂复合材料对界面接触热阻的影响

2．5 本章小结

3 高导热碳基／环氧树脂复合材料的制备与性能研究

3．1 实验部分

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验设备

3．2 实验过程

3．2．1 MWCNTs／环氧树脂复合材料的制备

3．2．2 碳纤维／环氧树脂复合材料的制备

3．2．3 鳞片状碳粉／环氧树脂复合材料的制备

3．3 性能测试

3．4 结果与讨论

3．4．1 MWCNTs／环氧树脂复合材料的微观表面SEM测试

3．4．2 MWCNTs／环氧树脂复合材料的导热系数

3．4．3 MWCNTs／环氧树脂复合材料的粘度

3．4．4 MWCNTs／环氧树脂复合材料对界面接触热阻的影响

3．4．5 碳纤维／环氧树脂复合材料的微观表面SEM测试

3．4．6 碳纤维／环氧树脂复合材料的导热系数

3．4．7 碳纤维／环氧树脂复合材料的粘度

3．4．8 碳纤维／环氧树脂复合材料对界面接触热阻的影响

3．4．9 鳞片状碳粉／环氧树脂复合材料的微观表面SEM测试

3．4．10 鳞片状碳粉／环氧树脂复合材料的导热系数

3．4．11 鳞片状碳粉／环氧树脂复合材料的粘度

3．4．12 鳞片状碳粉／环氧树脂复合材料对界面接触热阻的影响

3．5 本章小结

4 高导热碳基／纳米铜／环氧树脂复合材料的制备与性能研究

4．1 实验部分

4．1．1 实验材料

4．1．2 实验设备

4．2 实验过程

4．3 性能测试

4．4 结果与讨论

4．4．1 MWCNTs／纳米铜／环氧树脂复合材料的微观表面SEM测试

4．4．2 MWCNTs／纳米铜／环氧树脂复合材料的导热系数

4．4．3 MWCNTs／纳米铜／环氧树脂复合材料的粘度

4．4．4 MWCNTs／纳米铜／环氧树脂复合材料对界面接触热阻的影响

4．4．5 碳纤维／纳米铜／环氧树脂复合材料的微观表面SEM测试

4．4．6 碳纤维／纳米铜／环氧树脂复合材料的导热系数

4．4．7 碳纤维／纳米铜／环氧树脂复合材料的粘度

4．4．8 碳纤维／纳米铜／环氧树脂复合材料对界面接触热阻的影响

4．4．9 鳞片状碳粉／纳米铜／环氧树脂复合材料的微观表面SEM测试

4．4．10 鳞片状碳粉／纳米铜／环氧树脂复合材料的导热系数

4．4．11 鳞片状碳粉／纳米铜／环氧树脂复合材料的粘度

4．4．12 鳞片状碳粉／纳米铜／环氧树脂复合材料对界面接触热阻的影响

4．5 本章小结

5 SiC／环氧树脂复合材料的制备与性能研究

5．1 实验部分

5．1．1 实验材料

5．1．2 实验设备

5．2 实验过程

5．3 性能测试

5．4 结果与讨论

5．4．1 SiC／环氧树脂复合材料的微观表面SEM测试

5．4．2 SiC／环氧树脂复合材料的导热系数

5．4．3 SiC／环氧树脂复合材料的粘度

5．4．4 SiC／环氧树脂复合材料对界面接触热阻的影响

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献