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环氧塑封材料的导热通道构造和性能研究

张绍东  
【摘要】:本文采用有机泡沫浸渍方法,以Al_2O_3陶瓷为主要原料,研究了适合有机泡沫浸渍的陶瓷浆料体系,制备出与有机泡沫结构相似的多孔网络状陶瓷烧结体。通过树脂灌封工艺制备出以多孔网络状Al_2O_3陶瓷为主要导热通道的环氧树脂基复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)对制备试样的微观结构进行分析,并用热导测试仪、PCY-III型膨胀系数测试仪及介电常数测试仪分别测试了复合材料的热导率、热膨胀系数(CTE)和介电常数。最后在ANSYS软件中建立网状模型并进行导热模拟和预测。研究结果表明:1) 65wt.%固相-2wt.%PVB浆料浸渍20 ppi有机泡沫获得最大生坯质量,60wt.%固相-2wt.%PVB浆料浸渍50 ppi有机泡沫获得最大生坯质量;经1500°C烧结后可获得具有连续网状形态的多晶Al_2O_3陶瓷,孔隙率分别达到92.5%和87.4%;2)网状陶瓷体积分数为7.5vol.%和12.6vol.%的环氧树脂基复合材料热导率分别达到0.55 W/m?K和0.79 W/m?K,为同体积分数颗粒填充时的3.6倍和5.2倍;热膨胀系数降低至27.56×10~(-6)/°C和22.34×10~(-6)/°C,与颗粒填充相比降低了70%;介电常数稳定在4~5之间;提高周围树脂Al_2O_3和Si3N4的含量,复合体系热导率呈线性增长;3)理论预测与实验结果对比,Calmidi模型A=0.25时满足网状陶瓷单独填充;大于网状陶瓷体积分数的曲线部分,热导率的对数曲线满足Agari线性关系;4) BCC、FCC、A15切除立方体所得模型用于ANSYS模拟,采用A15模型模拟结果与实际结果吻合较好;网状结构热导率在50~200 W/m?K之间体系热导率增长最快,大于500 W/m?K后几乎维持不变。


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