CN105419301A - 复合导热填料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合导热填料，该填料是一种包覆型粉体，由内芯及外壳组成。内芯材料要求导热，可导电也可绝缘；外壳材料则要求导热，但同时必须绝缘。外壳材料为导热性和介电性都好的氮化物、硅化物、氧化物、碳化物等无机材料，而内芯则为石墨、氧化物、玻璃等。这些复合导热填料加入到塑料、橡胶、树脂、硅脂、粘合剂等基体中，构成特点突出的导热材料。在性价比及诸多性能方面，比传统的导热填料有更多的优势。

Description

复合导热填料及其制造方法

技术领域

本发明涉及复合导热填料及其制备方法。属于电子材料领域。作为一种导热绝缘填料，可制成特点突出的导热材料，应用于电子、电力、半导体等工业部门的热管理***。

背景技术

导热材料是一种专为热管理而制作的导热介质。热管理作为一个专门学科而解决设备热量的产生和散发的问题。随着电子产品的微型化、组装的密集化，其工作温度急剧趋向于高温，而电子产品和电器又向大功率迈进，这种状况使产品的热管理、热设计成为重要课题

通常，在电子设备运行中，主体部分产生的热量通过导热和散热达到热的平衡。导热材料介于热源和散热器之间，形成良好的导热通路。在很多情况下，导热部分必须导热而又绝缘，同时对比重、热膨胀系数、化学稳定性、物理形态及外观，都有一定的要求，所有这些要求和功能，又都依赖于导热材料所具备的性能。导热材料通常由基体和填料构成，基体一般是塑料、橡胶、硅脂，硅胶、粘合剂、树脂等热阻性高的材质，导热性很差，欲使这些基体具有良好的导热性能，通常的作法是向其中加入粉状的填料，这些填料导热性与介电性皆佳，是填充型导热复合材料的重要基元，它们是影响材料导热效能及其他相关特性的关键所在。

最常用的导热填料是六方氮化硼(HBN)、氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、碳化硅(SiC)等。其中ZnO主要用于导热硅脂，Al2O3用于常规产品，BN则用于高导热领域。上述填料各有特点和不足，SiC导热系数高，介电性能差，密度大；MgO和Al2O3的导热率低，MgO还易吸湿；AlN的导热率很高，但易水解；HBN热导率高，性能稳定，是公认的理想导热填料，但价格高，限制了它的广泛应用。

发明内容

本发明要达到的最终目的是：采用一种高导热粉末作为复合粉的外壳，以另一种粉末作为内芯，用物理整合工艺将二者组成一种复合粉，充当导热填料，组成外壳的材料包括氮化物、硼化物、氧化物、硅化物、碳化物、复合氧化物(水合硅酸盐)等陶瓷类材料。他们必须导热而又介电性能好；内芯材料则为石墨、氧化物、玻璃等无机物。它们要导热，但不一定绝缘，选取不同的外壳材料及不同的内芯材料，为的是至少要达到下列目的中的一种：

(1)外层具有高导热而又绝缘，内芯高导热导电，组成复合粉后，外壳的绝缘阻止了内芯的导电性，作为填料加入到基体中，颗粒与颗粒之间形成了导热通路，而内芯因外壳的介电性，阻挡了内芯的导电通路，使复合填料只能导热而不导电，典型实例是HBN包石墨。

(2)外壳材料具有高导热及绝缘性，而内芯材料绝缘但导热性一般，但价格低廉，组成复合粉后内芯起增容作用，在同样的体积填充率的情况下，减少了外壳材料的用量，达到高导热低成本的目的。典型实例如HBN包Al2O3及玻璃等。(3)可明显改善导热材料的物理特性，使粘度降低，硬度减小，有利于导热材料的实际应用，同时可增大填充率，提高导热性，典型实例如HBN包石墨。

(4)复合填料的外壳和内芯可互相组合或搭配，从而使材料在色彩、热膨胀系数、润湿性、耐蚀性等方面达到所期望的效果。

(5)依上所述，外壳材料最典型的是AlN、HBN、水合硅酸镁、Si3N4等导热性好的介电粉末，而内芯则为石墨、Al2O3、SiC和MgO等材料。本发明通常为HBN包石墨、AlN包Al2O3、HBN包玻璃、HBN包Al2O3、AlN包石墨、AlN包玻璃。

本发明的制备方法采用物理整合法，包括以下步骤：

(1)外壳粉的粒度为1-15微米，用量占复合粉总重量的10-19％

(2)内芯粉的粒度为20-100微米，用量占复合粉总重量的10-90％

(3)将内芯粉放入特制的垂直式整合器中，加入一定量的整合剂，过5-10分钟，加入外壳粉，用量占总投入量的1/2，进行第一次整合，过程进行20-40分钟，得到初级复合粉。

(4)将初级复合粉移入卧式整合器中，加入一定量的整合剂，过5-10分钟，投入外壳粉的另一半，进行第二段整合，过程进行30-50分钟，卸出物料。

(5)将物料送入80-200℃的烘箱中，烘烤30-50分钟，取出后筛分，即得最终复合填料。

附图说明：

图1：复合填料的制备过程

图1为本发明复合导热填料的制备过程。其中，外壳粉、内芯粉及整合剂按一定比例先后放入垂直和卧式整合器中，经二次整合后得到三维复合粉，再经烘烤后筛分，即得成品。

图2：氮化硼包石墨复合填料形貌图(实例1)

图3：本发明制取的氮化铝包氧化铝复合填料形貌图(实例2)

具体实施方式

实例1：

将5-15微米的BN粉200克，150-250目的石墨粉500克，整合剂30克，加入卧式整合器中，整合30分钟，卸出物料，装入垂直整合器中，加入50克整合剂，300克5-15微米BN粉，经行第二次整合，过程经历35分钟，卸出物料，再装入100℃的烘箱中烘烤45分钟，取出过筛，即得BN包石墨复合填料。

实例2：

将2-5微米经过表面处理的AlN250克，200-250目的Al2O3粉500克，整合剂40克，加入卧式整合器中，整合30分钟，卸出物料，装入垂直整合器中，加入40克整合剂，250克2-5微米AlN粉，经行第二次整合，历经30分钟，卸出物料，再装入100℃的烘箱中烘烤45分钟，取出过筛，即得AlN包Al2O3粉复合填料。

性能测试1：

将实例1所得HBN-石墨复合填料，以及平均粒度为15μm的纯HBN粉，各以40％的填充率加入到聚氨酯塑料中，制成导热试件，测量他们的导热率，二者分别为5.2W/m.k和5.0W/m.k，应属大体相近，但复合填料经济成本下降明显。

性能测试2：

在同一牌号的二组硅橡胶中，一组加入HBN包石墨，另一组加入纯HBN，当填充率达到50％时，加入纯HBN的一组因发粘，不能再加。此时，测二者的邵氏A硬度分别为14和25，HBN包石墨的一组明显偏软，弹性好，而且填充率还可加大到70％左右。

Claims (5)

1.一种复合导热填料及其制造方法。复合填料由外壳层包覆内芯构成。外壳材料为导热性和介电性都好的氮化物、硅化物、氧化物、碳化物等无机材料，而内芯材料为导热性好但不一定是绝缘的无机材料，如石墨、氧化物，玻璃，塑料等及其他无机材料。

经过整合工艺使外壳材料均匀地包覆在内芯***，形成包覆型的复合粉体。

2.在权利1中所说的外壳材料可以采用一种或一种以上的不同材料，单独或共同包覆在内芯材料的外表面，形成多组份为一体的包覆体。

3.在权利书1中，外壳材料占复合填料总重量的10-90％，内芯材料占复合填料总重量的90-10％。

4.在权利书1中，在制造复合导热填料所采用的外壳材料，是粒度小于30μm的粉末，而内芯材料是粒度小于100μm的粉末。

5.权利书1中所说的外壳材料包覆在内芯材料***，形成复合导热填料的制造方法。