導熱粉體在導熱材料中的應用
一、導熱粉體的主要種類
當前常用的導熱絕緣粉體有氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、氮化鋁、氮化硼、碳化硅等,氧化物以氧化鋁、氧化硅和氧化鋅為主。氮化物以氮化硼、氮化鋁為主。氮化物常被做為高導熱領域的填充粉體;而氧化鋅大多做為導熱膏(導熱硅脂)填料使用。
二、粉體的區(qū)別及特點
由于粉體自身導熱率不同、形狀不同,價格不同,而單一使用某種導熱粉體,其所達到的效果并不是最理想的,因此不同粉體的搭配就能顯示出優(yōu)勢。以下是不同導熱粉體的導熱系數(shù)表
材料名稱 導熱系數(shù)K(w/m.k)
纖維狀碳粉 400-700(沿纖維方向)
鱗片狀碳粉 1500-3000(平面層內導熱)
氧化鈹(劇毒) 270
氮化鋁 80~320
氮化硼 125
碳化硅 83.6
氧化鎂 36
氧化鋁 30
氧化鋅 26
導熱粉體在形狀上可分為球形、準球形、土豆狀(柱狀)、片狀、針狀;
而價格上,非球形氧化鋁一般是每公斤幾元到十幾元,球形則是幾十到一百多元,但氮化物基本都是一百多以上。
各種粉體的特點:
氧化鋁相比氮化物具有價格低,添加量大,使用方便,但導熱低的特點;
而氮化鋁存在增稠效果明顯,易水解,價格高但導熱略高的特點;
氮化硼存在增稠明顯,硼元素不夠環(huán)保以及價格高但導熱略高的特點;
碳化硅同樣存在增稠,并且顏色上偏向于黑色和綠色的特點。
三、導熱粉體具體應用搭配
而導熱領域目前主要是以硅系為主,近幾年工程塑料的需求比較多,但整體技術還不夠成熟,因此,本次探討側重于硅系導熱。
1、粉體形狀搭配的必要性
硅膠類導熱材料制品的導熱功能是依靠粉體來實現(xiàn)。雖然導熱填料形狀對導熱機理影響還沒有統(tǒng)一解釋,但是對于導熱通道的提議,大家還是比較接受,因此為構建更完滿的導熱通道,就必須選擇不同粒徑、不同形狀的粉體。
經(jīng)相關研究表明,片狀的氧化鋁導熱性能最好,但此種形狀制備要求較高。而球形搭配土豆狀或不規(guī)則的粉體為佳。利用不同形狀的接觸面不同的特點,使得接觸面更為緊密,從而導熱性能能進一步提升;利用不同粒徑的粉體的粗細搭配,可使得縫隙能填充的更滿,也能使得導熱材料性能進一步提升。
2、粉體搭配的優(yōu)勢
1、不同形狀的粉體能提升導熱性能。是通過大量的實驗得出數(shù)據(jù),從中找出搭配后效果最好的幾種不同粒徑的粉體進行搭配,來實現(xiàn)導熱通道的更高填滿率。
2、粉體在搭配的同時,應輔以特殊的表面處理劑,對粉體進行表面處理。否則在硅油攪拌加工過程中是沒辦法實現(xiàn)或者效果要差很多的。
3、粉體在搭配的同時,通過專用的分散設備,讓不同粒徑的粉體實現(xiàn)均勻性,再通過與基礎材料如硅油等的攪拌混合,從而保證了粉體在基材的均勻性。
四、導熱粉體的應用產(chǎn)品
1、各類灌封硅膠;
2、導熱硅膠墊片;
3、導熱硅脂;
4、絕緣矽膠材料;
5、其他導熱材料。
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