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邹(zou)小姐：13326633089 -
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高分子材料(liao)(liao)具有密(mi)度小、易(yi)加工、电绝缘性(xing)(xing)好(hao)等优点，因此被广泛用于如微(wei)电子集(ji)成(cheng)与封(feng)装等领域(yu)。不过(guo)高分子材料(liao)(liao)一般都(dou)是热的不良导(dao)体(ti)，散热能力(li)往往会成(cheng)为(wei)其瓶颈，为(wei)了增强高分子材料(liao)(liao)的综(zong)合性(xing)(xing)能，加入(ru)导(dao)热填料(liao)(liao)进行(xing)复(fu)合成(cheng)为(wei)了主要的加工手段。
导热硅胶
导热填(tian)料种类繁(fan)多，为了(le)获得更好(hao)的导热效果，应用上厂商往(wang)往(wang)会(hui)采取“混(hun)搭(da)”的形式往高分子材(cai)料(liao)中(zhong)加(jia)入两(liang)种(zhong)或两(liang)种(zhong)以上的导热填(tian)料(liao)。目前填(tian)料(liao)的混搭方式主要(yao)有：不(bu)同材料的混合、不(bu)同粒径(jing)的混合以及不同形状的混合。具体(ti)如下：
混搭①：不同(tong)的(de)导(dao)热材(cai)料混合
不同的(de)导热材料进行(xing)混(hun)搭(da)，可以做出相(xiang)当宽(kuan)广的(de)导热系数(shu)产品。目前常用的导热填料有Al2O3、MgO、ZnO、AlN、BN、SiC等；其中，市(shi)场使用占有(you)率大多是(shi)以微(wei)米级Al2O3、硅(gui)微粉（结晶二氧化硅）等为主，纳米(mi)Al2O3、氮化物则多做为高导热领(ling)域的填(tian)充粉体(ti)；而(er)ZnO大多(duo)做(zuo)为导热(re)膏(gao)（导热(re)硅(gui)脂）填料用。以下是一些(xie)常见(jian)填料的优缺点(dian)对比：
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填料类型 |
导热(re)系数 [w/(m·K)] |
应用(yong)特点 |
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氮化铝 |
80-320 |
导热系数非常高(gao)(gao)，但(dan)价格(ge)昂贵，吸潮易水(shui)解从而影响制(zhi)品热导率。单纯采用氮化铝(lv)填充，可(ke)以达到较(jiao)高(gao)(gao)的(de)热导率，但(dan)体系的(de)粘度(du)急剧(ju)上升，限制(zhi)了其应用。 |
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氮化硼 |
60-125 |
具(ju)有(you)较(jiao)高的热(re)(re)导率，较(jiao)低的热(re)(re)膨胀系数，优(you)良的热(re)(re)稳定(ding)性(xing)，较(jiao)高的抗氧化性(xing)等(deng)。但(dan)(dan)其价格较(jiao)高，虽然单纯(chun)采用氮化硼可以达到较(jiao)高的热(re)(re)导率，但(dan)(dan)大量填充后(hou)体(ti)系粘度也会急剧上升。 |
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碳化硅 |
83.6-220 |
具(ju)有(you)热导率(lv)高、抗氧化、热稳定性好等优(you)点，但合(he)成过程中产生的碳(tan)和石墨难以去除，导致(zhi)电导率(lv)高，限制了其在绝缘性能要(yao)求高的材(cai)料(liao)中的应(ying)用；密度大，在有(you)机硅类(lei)胶中易沉(chen)淀(dian)分层(ceng)。 |
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氧化镁 |
36 |
价格低，在(zai)空(kong)气中易吸潮，增粘性较强，不(bu)能大量(liang)填充，且耐酸性差(cha)，很容易被酸腐蚀，不(bu)宜(yi)用(yong)于(yu)酸性环境中应用(yong)。 |
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硅微(wei)粉 |
5-15 |
导热性(xing)偏低(di)，不适合(he)生产高导热产品(pin)。 |
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氧(yang)化铝 |
38 |
价格适(shi)中，球(qiu)形或类球(qiu)形填(tian)充(chong)量大(da)，最大(da)可(ke)添加到600~800 份，所得制品的热导率较高。 |
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氧化锌 |
26 |
粒(li)径(jing)及均匀性(xing)很好，适合(he)生(sheng)产导热(re)硅脂(zhi)，但(dan)其(qi)热(re)导率(lv)偏低(di)，不(bu)适合(he)生(sheng)产高导热(re)产品；质轻，增粘性(xing)较(jiao)强，也不(bu)适合(he)灌封。 |
通过将以上无(wu)机(ji)陶瓷填(tian)料填(tian)充到高分子基质中，就(jiu)可以制(zhi)取(qu)具有良好导(dao)热性和(he)绝(jue)缘性以及不错的物(wu)理机(ji)械性能(neng)的复(fu)合材料。但(dan)有时候采用单一填(tian)料无(wu)法满(man)足应(ying)用需求，就(jiu)需要采用复(fu)配填(tian)料来达到应(ying)用需求，像Al2O3的(de)热(re)导率较(jiao)低但(dan)价(jia)格适中，就可(ke)以混入(ru)一些价(jia)格较(jiao)高(gao)但(dan)热(re)导率也高(gao)的(de)填料一起使(shi)用，这样就能(neng)在成(cheng)本可(ke)控的(de)前提下，提高(gao)复合(he)(he)材料的(de)综(zong)合(he)(he)性能(neng)。
比如说液体硅橡(xiang)胶中常(chang)填充体积分数40%-50%的氧化铝及5%-10%的氮化硼粉末，这样制得的导热复合硅橡胶可用于电子器械；以及有研究人员以SiC、AlN、Al2O3、MgO为混合填料填充室温硫化硅橡胶，结果所制得的硅橡胶的热导率可高达1.3~2.5W/(m·K)。
混搭②：不同粒径的填料(liao)混合
填(tian)料(liao)(liao)粒(li)径大小(xiao)和基体树脂粉(fen)末粒(li)径大小(xiao)均对体系的(de)(de)(de)热(re)导(dao)(dao)率(lv)有(you)一定影(ying)响。导(dao)(dao)热(re)填(tian)料(liao)(liao)经过超细(xi)微化处(chu)理(li)可有(you)效(xiao)地提高其(qi)自(zi)身的(de)(de)(de)导(dao)(dao)热(re)性能，同一种导(dao)(dao)热(re)填(tian)料(liao)(liao)，填(tian)料(liao)(liao)越细(xi)，越有(you)利于其(qi)在绝缘高分(fen)子(zi)材料(liao)(liao)中的(de)(de)(de)分(fen)散(san)和导(dao)(dao)热(re)填(tian)料(liao)(liao)之间的(de)(de)(de)相互(hu)接触和相互(hu)作(zuo)用，从而有(you)利于提高热(re)导(dao)(dao)率(lv)。
但这不(bu)代表(biao)填料粒径越小就越好——暂且不提高填充量下，粒径大小对热导率影响将减弱；不同粒径的填料搭配，往(wang)往(wang)能比单一粒径填料更能提高高分(fen)子材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)热(re)导率，这是由(you)于小颗粒(li)(li)能够进入大颗粒(li)(li)无(wu)法占(zhan)据的(de)(de)(de)空(kong)间(jian)，存(cun)在(zai)于大颗粒(li)(li)之间(jian)的(de)(de)(de)间(jian)隙中，与大颗粒(li)(li)或小颗粒(li)(li)形成更紧密的(de)(de)(de)堆积，增加填料(liao)之间(jian)的(de)(de)(de)接触(chu)，从(cong)而提高材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)导热(re)性(xing)能。
研(yan)究结果证实(shi)，多(duo)种粒径导热填充料混合填充时，对提高导热性和降(jiang)低黏度有明显影响，当粒径分布适当时，完(wan)全可(ke)以同时得到最(zui)高导热率和最(zui)低黏度(du)。以球形氧化(hua)铝(lv)为例，微米级与纳米级的(de)混(hun)搭往往能展(zhan)现(xian)出(chu)更优异的(de)导热(re)特性。
混搭③：不同形状(zhuang)的填料混搭
不(bu)同(tong)微观表(biao)面形态(tai)填料(liao)具有不(bu)同(tong)的几何结构和微观形态(tai)，对材料(liao)性能有很大的影(ying)响。填料(liao)主要有不(bu)规则颗粒(li)、类(lei)球形、球形、片状、纤维(wei)状等(deng)，它们在(zai)基体(ti)树脂中的(de)分布(bu)状(zhuang)态及导(dao)热网链的(de)形(xing)成对体(ti)系(xi)的(de)热导(dao)率有(you)重要影响。
类球(qiu)形氧(yang)化铝和片状氧(yang)化铝
其(qi)中(zhong)，球(qiu)粒状(zhuang)填(tian)(tian)料流动性好，在(zai)聚(ju)合物中填(tian)(tian)充性好，其搭接主要(yao)靠提高填(tian)(tian)料比例(li)，使其互相(xiang)接触实现；而片(pian)状(zhuang)填(tian)料(liao)由于拥有(you)较高的(de)径厚(hou)比，有(you)效搭(da)接面积较大，有(you)利于热量的(de)传导；纤维(wei)状(zhuang)填(tian)料(liao)由于具有(you)极高的(de)长径比，使其(qi)更容易搭(da)接从而实现导热作用(yong)，此外，由于其(qi)特殊的(de)结构，在(zai)提高力学性能(neng)方面也(ye)有(you)其(qi)独特的(de)优势。
如果就这么看，似(si)乎(hu)片状(zhuang)(zhuang)填料(liao)(liao)和(he)纤维状(zhuang)(zhuang)填料(liao)(liao)占(zhan)据(ju)了绝对优势，实(shi)则不然(ran)。在实(shi)际(ji)应用中，往往会将球粒状(zhuang)(zhuang)填料(liao)(liao)和(he)具片状(zhuang)(zhuang)/晶须填料配合使用，由于混杂效应，填料间相互接触几率增大，更易形成导热通路，比单一微观形态的粒子更能提高体系的导热性能。如下图就是“球形+片状”氮化硼填料的导热机理示意图，很明显这样的搭配（内部倾向于各向异性）可促进导热网络形成，改善复合材料穿过平面的热导率。
（图片来源(yuan)：Saint-Gobain）
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