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高导热复合材料的制备及导热性能的研究

唐裕沛  
【摘要】:随着现代科学技术与工业生产的迅速发展,电子产品的集成度与功耗不断提高,散热问题成为影响电子产品可靠性的关键因素之一。同时,电子产品的应用领域也不断扩大,对高导热材料提出了更多更高的要求,比如较高的导热特性、优异的电绝缘性能与抗震防潮特性、良好的电磁屏蔽性能等。本文针对导热材料的两种不同应用,研究了高导热绝缘灌封胶与柔性石墨的制备方法及导热性能的影响因素。 1、以硅橡胶为基体,研究了填料含量、种类、形貌等对灌封胶热导率、介电性能的影响,研究了球磨工艺对氧化铝片状化与粒径分布的影响。 (1)球磨工艺对氧化铝的形貌与粒径分布产生影响,当球磨1h、转速200r/min、磨球直径5mm、球料比20:1时,Al_2O_3粒子的粒径分布与片状化趋于最优; (2)不同形貌填料复合填充有利于提高灌封材料的热导率,球形与不规则形Al_2O_3复合填充能够提高复合材料的热导率,复合比例为9:1时,复合材料的热导率比单独使用球形粒子填充提高了16.7%; (3)通过优化填料粒子的形貌、粒径、含量等,制备绝缘灌封材料热导率为2.1W/m.K,体积电阻率约为10~(14)·cm,介电常数6(10MHz~1G)。 2、以鳞片石墨为原料制备石墨封装材料,研究了插层剂/氧化剂、热处理温度、鳞片石墨尺寸等对柔性石墨膨胀率、导热性能以及导电性能的影响,分析了柔性石墨热导率与电导率的关系。 (1)氧化剂的氧化性越强则石墨的膨胀率越大,但电导率与热导率会降低;以AlCl_3+H_2SO_4作为插层剂制得柔性石墨的热导率比H_2SO_4作为插层剂提高了514%,电阻率降低了58.5%; (2)插层石墨的瞬时热处理温度会影响插层剂气化反应速率,从而影响石墨的膨胀率;当瞬时热处理温度为1000℃时,石墨的成型效果最好,热导率达到9.86W/m.k、方块电阻为0.02Ω/□; (3)根据固体物理与惠特曼-弗兰兹定理分析,柔性石墨的导热载体包括自由电子与声子,晶格振动对柔性石墨热导率的贡献远大于自由电子的贡献。


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