高导热绝缘硅脂制备与性能

摘要

随着电子产品的小型化，高效化，对电子元器件散热要求愈来愈高，要求导热材料具备更优异的导热性能和绝缘性能。导热硅脂由于低温不变稠，高温下不变稀，而且不挥发，不固化，可在-50℃～+230℃的温度下长期保持脂膏状态，对不同热界面的适应性大，且易于涂覆，后期清理容易等特点，广泛应用于电子元器件与散热板或散热器间。因此，开发导热性能和绝缘性能良好的导热硅脂，具有较高的实用意义。
　　本文以聚二甲基硅氧烷为基体、甲基三甲氧基硅烷JHN311为偶联剂、采用Al2O3、ZnO、Si3N4、BN、AlN、碳纳米管和自制的Al2O3-AlN为填料，通过实验调节各组份配比，筛选填料，在较低成本的情况下制备成兼具优异的导热和绝缘性能的高导热绝缘低粘度硅脂。本文主要内容:
　　(1)研究偶联剂种类、偶联剂用量对导热填料表面处理效果，填料处理后对导热硅脂性能的影响，以及偶联剂的作用。结果表明:使用硅烷偶联剂JHN311，其最佳用量为填料质量的1.3％时，表面处理效果最好，填料经表面处理后，对导热硅脂的沉降率以及渗油状况改善很好，同时提高了导热硅脂的热导率。
　　(2)研究不同导热填料复配对导热硅脂性能的影响，包括Al2O3和ZnO复配、Al2O3和AlN混合复配、无规则Al2O3复配、球形Al2O3复配。得出填料添加比例上升，导热硅脂的粘度和热导率也逐渐增加;无规则Al2O33μm与10μm添加比例为2∶8时，硅脂的热导率最高，为1.360 W/(m·k);当球形Al2O33μm与10μm添加比例为4∶6时，导热硅脂的热导率最大，为1.089 W/(mk)。
　　(3)同等质量分数的无规则Al2O3填充的导热和粘度均高于球形Al2O3，但无规则Al2O3难达高填充;填充70μm Al2O3的硅脂体系比填充小粒径Al2O3的硅脂粘度小、热导率大;复配填料填充92％时，热导率达到3.98 W/(m·k)，此时导热硅脂的粘度为20000mPa·s，体积电阻率达9.13×1016Ω·cm。
　　(4)研究自制球形Al2O3-AlN粉体填充制备导热硅脂，结果成功制备的球形Al2O3-AlN粉体，平均粒径为14.153μm;制备所得Al2O3-AlN粉体替换球形Al2O370μm∶10μm∶3μm∶1μm ZnO=2.1∶2.94∶1.96∶3配方中10μmAl2O3后制得的导热硅脂热导率为4.35 W/(m·k)，粘度为35000mPa·s，体积电阻率为3.16×1015Ω·cm。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．1．1 聚硅氧烷简介

1．1．2 实验的意义

1．2 导热机理

1．2．1 金属材料的导热机理

1．2．2 非金属材料的导热机理

1．2．3 导热聚合物复合材料的导热机理

1．3 导热硅脂国内外研究现状

1．3．1 金属材料填充导热硅脂复合材料

1．3．2 无机填料填充导热硅脂复合材料

1．3．3 现状总结

1．4 论文的研究目的和内容

1．4．1 课题难点和关键问题

1．4．2 研究方法和思路

2 实验部分

2．1 实验原料

2．2 实验设备

2．3 实验内容

2．3．1 实验工艺

2．3．2 实验工艺流程

2．3．3 偶联剂种类和含量的确定

2．3．4 填料种类和含量的确定

2．3．5 填料的表面处理

2．3．6 混合

2．3．7 抽真空排气泡

2．4 测试与表征

3 结果与讨论

3．1 填料表面处理

3．1．1 偶联剂种类对导热硅脂性能的影响

3．1．2 偶联剂用量对硅脂性能的影响

3．1．3 偶联剂的作用

3．2 Al2O3填料对导热硅脂性能的影响

3．2．1 析油速度

3．2．2 高速分散机分散时间

3．2．3 Al2O3用量

3．2．4 Al2O3形貌

3．3 单一填充对导热硅脂性能的影响

3．3．1 导热填料粒子的基本性质

3．3．2 填料的几何形状对硅脂热导率的影响

3．3．3 填料种类和用量对硅脂热导率的影响

3．3．4 不同填料对硅脂粘度的影响

3．4 不同导热填料复配对导热硅脂性能的影响

3．4．1 Al2O3和ZnO混合

3．4．2 Al2O3和AlN混合

3．4．3 无规则Al2O3复配

3．4．4 球形Al2O3复配

3．5 不同粘度硅油基体对硅脂性能的影响及高导热硅脂制备

3．5．1 不同粘度硅油基体对硅脂性能的影响

3．5．2 添加大粒径Al2O3对硅脂性能的影响

3．5．3 添加ZnO对硅脂性能的影响

3．5．4 添加纳米材料对硅脂性能的影响

3．6 球形AlN-Al2O3的制备及其导热硅脂的填充

3．6．1 制备原因

3．6．2 制备反应方程式

3．6．3 制备具体操作

3．6．4 结果与讨论

4 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文