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導熱氧化鋁填料應用概述

東超 2025-05-24 | 閱讀：252

近年來，隨著5G和智能化時代的來臨及電子設備趨于小型化、集成化，電子設備的發(fā)熱量成倍增加，這對系統(tǒng)的散熱性能提出了更高的要求。導熱界面材料是散熱系統(tǒng)的關鍵材料，是連接芯片與散熱器之間熱量傳遞的橋梁。然而，用于熱界面材料的聚合物，如環(huán)氧樹脂、硅脂等，具有很低的導熱系數(shù)(0.1～0.3 W/(m·K))，無法滿足快速傳熱的要求。因此需要開發(fā)具有高導熱的熱界面材料，通常的方法是在聚合物基體中加入導熱填料來實現(xiàn)高效的熱傳導。因為氧化鋁來源廣泛，價格較低，在聚合物基體中填充量大，具有較高的性價比，因此目前高導熱絕緣硅膠材料主要以氧化鋁為導熱絕緣填料。

導熱氧化鋁填料的技術指標與趨勢

作為最大用量的導熱填料Al2O3，目前制備的導熱界面材料熱導率基本在2～6W/(m·K)之間，要提高材料的熱導率，勢必從填充率和導熱網(wǎng)絡通道方面開發(fā)應用潛力，因此，Al2O3導熱填料可在如下幾個方面進行進一步研究以提高其應用性能[2]。

（1）粒度方面：進一步研究超細亞微米及更細的高導熱填料Al2O3，亞微米顆?？梢愿玫靥畛涞筋w粒之間，不但有利于形成顆粒之間的導熱通道，而且還可以降低界面接觸熱阻。

（2）結晶、形貌方面：提高結晶程度和顆粒形貌規(guī)整程度，不但有利于顆粒本身熱導率，還可以降低粘度，增加填充率。

（3）研究復配工藝提高填充率和導熱性能，即不同顆粒大小級配、不同形貌的復配。

（4）通過有效的表面改性，改善Al2O3和有機聚合物直接的浸潤性，從而提升Al2O3填充率。

導熱氧化鋁填料的配方工藝

目前市場上導熱氧化鋁填料主要包括致密度較高的高溫燒結氧化鋁(燒結溫度1600～1700℃)和高溫熔融氧化鋁(熔融溫度2050℃)兩大類。高溫燒結氧化鋁按形貌又分為類球形氧化鋁和角形氧化鋁，高溫熔融氧化鋁即球形氧化鋁[3]。

球形氧化鋁顆粒為5～50μm單晶體，顆粒形貌為球狀，高填充率、高堆積密度，吸油率低等。但其在高溫焰流下氧化鋁相變很復雜，由此生產(chǎn)的氧化鋁除主要為α相外，往往還含有δ相、θ相等雜相，而這是高熱導率要求所不希望的。角形氧化鋁顆粒形貌以具有尖銳的棱角為特征，生產(chǎn)成本低，轉(zhuǎn)化率高，但純度低，填充率低，電導高等導致了其導熱材料導熱系數(shù)低。類球形α-氧化鋁相含量高、純度高、表面光滑，但顆粒形貌為橢圓形，影響填充率，且產(chǎn)品成本較高[4]。

基于不同形貌導熱氧化鋁體系穩(wěn)定性、高性能、低成本等需求考量，通過實現(xiàn)球形、類球形、尖角形氧化鋁填料緊密堆積，搭建導熱網(wǎng)絡結構，從而提升導熱界面材料導熱系數(shù)，制備出復合導熱氧化鋁填料復合材料有望得到廣泛應用[5]，市場需求會越來越大。

目前，在粉體顆粒填充導熱高分子復合材料時為降低孔隙率，增大導熱材料的導熱性能的研究還未完善，如何提高粉體顆粒的堆積密度、降低孔隙率、提高熱界面材料的導熱性能是填充型導熱高分子復合材料急需解決的問題。

導熱氧化鋁填料的表面改性

由于氧化鋁粒子和有機樹脂基體界面間相容性很差，造成氧化鋁粒子極易團聚，很難均勻地分散到高分子基體中，此外，氧化鋁粒子與有機樹脂的表面張力差異不同，使得高分子基體很難潤濕粒子表面，從而導致二者界面處存在空隙，增加了復合材料的界面熱阻。如何降低氧化鋁顆粒之間的團聚，改善氧化鋁粉體與高分子基體的界面相容性，提高它們在高分子基體中的分散性，從而獲得性能優(yōu)異的復合材料，就成為氧化鋁在填充材料領域中應用的關鍵性問題。

利用有機表面改性劑分子中的官能團在顆粒表面吸附或化學反應對顆粒表面進行改性，有目的地改變粉體表面的物理化學性質(zhì)，如表面能、表面極性等，能很好地解決氧化鋁粉體分散性差的問題。表面處理是優(yōu)化氧化鋁粉體材料性能的關鍵技術之一，對提高氧化鋁粉體的應用性能和價值起著至關重要的作用。

偶聯(lián)劑不僅能夠與無機粒子表面產(chǎn)生化學結合，而且偶聯(lián)劑中含有化學官能團，有足夠長的碳鏈能夠與基體產(chǎn)生物理糾纏或共結晶，因而與高聚物基體也有很強的反應性和相容性，主要有硅烷、鈦酸酯、鋁酸酯、有機絡合物、磷酸酯等偶聯(lián)劑。普通氧化鋁的表面改性劑以傳統(tǒng)的硅烷偶聯(lián)劑為主[7]。

盡管Al2O3導熱系數(shù)相對不是太高，但其化學性質(zhì)穩(wěn)定，絕緣性能好，填充到聚合物中的粘度較低，可以得到很高的填充率，最重要的是價格相對較低，具有極高的性價比，因此Al2O3是導熱填料中用量最多、用途最廣泛的一種填料。

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來源：高導熱材料