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氧化鋁導熱粉填料在導熱硅膠中的作用與性能影響分析

文章出處：行業(yè)動態(tài) 責任編輯：東莞東超新材料科技有限公司發(fā)表時間：2024-06-28

　　一、引言
隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，電子元件和集成電路越來越小型化、密集化。為了保證電子器件的可靠運行，良好的散熱性至關(guān)重要。然而，由于電子器件與散熱裝置之間存在空氣層，導致接觸熱阻增大，從而影響散熱效率。導熱硅膠因其優(yōu)良的粘性、柔韌性、壓縮性能和熱傳導率，被廣泛應用于通訊設備、計算機等電器IC基板的散熱填充材料。

?在導熱絕緣硅橡膠中，常用的無機非金屬粉體填料包括氮化鋁、氧化鋁、氧化鋅等。氧化鋁不僅具有良好的絕緣性能，而且導熱率較高（常溫導熱率為30W/m·K），已在高壓、特高壓開關(guān)電器領(lǐng)域的絕緣制品中得到廣泛應用。氧化鋁來源廣泛，價格較低，填充量大，性價比高，因此成為目前高導熱絕緣硅膠材料的主要導熱絕緣填料。

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二、氧化鋁在導熱硅膠中的導熱機理
?物質(zhì)中的熱能通常以振動能的形式傳遞，即通過物質(zhì)內(nèi)部微觀粒子的相互碰撞實現(xiàn)熱能傳遞。對于金屬材料，熱傳導主要依靠自由電子的運動。而對于氧化鋁填料，其導熱主要依靠聲子的振動，通過晶體的非線性熱振動實現(xiàn)導熱。硅膠作為高分子材料，由不對稱的極性鏈節(jié)構(gòu)成，整個分子鏈不能完全自由運動，只能發(fā)生原子、基團或鏈節(jié)的振動，因此其導熱率很低。通過填充高導熱系數(shù)的氧化鋁填料，可以顯著提高硅膠的熱導率。隨著氧化鋁添加量的增加，顆粒之間相互接觸，形成局部的導熱鏈或?qū)峋W(wǎng)，進一步提高導熱性能。然而，過量的填料會導致硅膠的流動性和柔韌性降低。
三、氧化鋁填料性能對導熱硅膠性能影響
?1、氧化鋁顆粒形貌對導熱硅膠性能影響：球形氧化鋁顆粒在高導熱絕緣材料中應用較廣，因為球形顆粒表面能小，容易均勻分散于基體中，且填充量大。制備球形氧化鋁的方法有熔融法和高溫煅燒法，不同方法得到的氧化鋁導熱率有所不同。
?2、氧化鋁晶型對導熱硅膠性能影響：高熱導率的氧化鋁顆粒應具有較高的結(jié)晶程度和致密度。α相氧化鋁為六方結(jié)構(gòu)，是氧化鋁多種變體中最為致密的結(jié)構(gòu)。α相氧化鋁粉體在硅膠中填充時，顆粒間接觸良好，有利于提高導熱率。
?3、氧化鋁純度對導熱硅膠性能影響：氧化鋁中的雜質(zhì)會影響其最終晶體燒結(jié)的致密度，不利于提高導熱性。雜質(zhì)還可能在疏松晶體結(jié)構(gòu)中形成導電離子，影響導熱絕緣硅膠的電氣性能。因此，導電絕緣用的氧化鋁粉體純度要求較高。
?4、氧化鋁粒度對導熱硅膠性能影響：研究發(fā)現(xiàn)，大粒徑的氧化鋁填料更容易互相接觸，形成導熱通路，從而提高熱導率。通過合理的氧化鋁粉體粒徑搭配，可以增大粉體的填充堆積密度，形成更多的導熱網(wǎng)絡，有利于提高硅橡膠的導熱性。
?5、偶聯(lián)劑表面處理對硅橡膠性能的影響：經(jīng)偶聯(lián)劑改性的氧化鋁導熱粒子與硅膠的潤濕性好，可以祛除粒子與基體之間的空氣，提高粘接性，從而提高硅膠的熱導率和力學性能。
四、結(jié)束語
?氧化鋁作為導熱絕緣硅膠的填料，其性能受到多種因素的影響，包括氧化鋁粉體的顆粒形貌、晶型、化學組成等自身質(zhì)量因素，以及粉體的應用因素，如偶合改性、顆粒級配、粉體在基體中的分散等。只有充分認識到這些因素，才能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的導熱絕緣粉體填料。由于筆者水平有限，若有錯誤的地方請多多指正。

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