導(dǎo)熱填料定義就是添加在基體材料中用來增加材料導(dǎo)熱系數(shù)的填料,常用的導(dǎo)熱填料有氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、氮化鋁、氮化硼、碳化硅等;其中,尤以微米級氧化鋁、硅微粉為主體,納米氧化鋁,氮化物做為高導(dǎo)熱領(lǐng)域的填充粉體;而氧化鋅大多做為導(dǎo)熱膏(導(dǎo)熱硅脂)填料用。
而用在航空、航天、LED、精密電子儀器等特殊領(lǐng)域的高導(dǎo)熱填料有纖維狀高導(dǎo)熱碳粉、鱗片狀高導(dǎo)熱碳粉、高導(dǎo)熱布等。
不同填料導(dǎo)熱系數(shù)對比
一、導(dǎo)熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)列表:
材料名稱 導(dǎo)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(nèi)導(dǎo)熱)
氧化鈹(劇毒) 270
氮化鋁 80~320
氮化硼 125 -------有文章寫60K(w/m.k)
碳化硅 83.6 -------有文章寫170~220K(w/m.k)
氧化鎂 36
氧化鋁 30
氧化鋅 26
二氧化硅(結(jié)晶型) 10
注:以上數(shù)據(jù)來自以下3篇論文
1. 氧化鋁在導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料中的應(yīng)用,李冰,塑料助劑,2008年第3期,14~16頁
2. 金屬基板用高導(dǎo)熱膠膜的研究,孔凡旺等,廣東生益科技,第十一屆覆銅板市場技術(shù)研討會論文集101~106頁
3. 復(fù)合絕緣導(dǎo)熱膠粘劑的研究,周文英等中國膠粘劑2006年11月第15卷11期,22~25頁
以下部分觀點來自期刊論文,部分觀點來自廣大產(chǎn)品工程師,感謝大家。
不同填料優(yōu)缺點分析
1、氮化鋁AlN,優(yōu)點:導(dǎo)熱系數(shù)非常高。缺點:價格昂貴,通常每公斤在千元以上;氮化鋁吸潮后會與水反應(yīng)會水解AlN 3H20=Al(OH)3 NH3 ,水解產(chǎn)生的Al(OH)3會使導(dǎo)熱通路產(chǎn)生中斷,進(jìn)而影響聲子的傳遞,因此做成制品后熱導(dǎo)率偏低。即使用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理,也不能保證100%填料表面被包覆。單純使用氮化鋁,雖然可以達(dá)到較高的熱導(dǎo)率,但體系粘度極具上升,嚴(yán)重限制了產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。
2、氮化硼B(yǎng)N,優(yōu)點:導(dǎo)熱系數(shù)非常高,性質(zhì)穩(wěn)定。缺點:價格很高,市場價從幾百元到上千元(根據(jù)產(chǎn)品品質(zhì)不同差別較大),雖然單純使用氮化硼可以達(dá)到較高的熱導(dǎo)率,但與氮化鋁類似,大量填充后體系粘度極具上升,嚴(yán)重限制了產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。
聽說有國外廠商有生產(chǎn)球形BN,產(chǎn)品粒徑大,比表面積小,填充率高,不易增粘,價格極高。
3、碳化硅SiC 優(yōu)點:導(dǎo)熱系數(shù)較高。缺點:合成過程中產(chǎn)生的碳及石墨難以去除,導(dǎo)致產(chǎn)品純度較低,電導(dǎo)率高,不適合電子用膠。密度大,在有機(jī)硅類膠中易沉淀分層,影響產(chǎn)品應(yīng)用。環(huán)氧膠中較為適用。
4、氧化鎂MgO 優(yōu)點:價格便宜。缺點:在空氣中易吸潮,增粘性較強(qiáng),不能大量填充;耐酸性差,一般情況下很容易被酸腐蝕,限制了其在酸性環(huán)境下的應(yīng)用。
5、α-氧化鋁(針狀) 優(yōu)點:價格便宜。缺點:添加量低,在液體硅膠中,普通針狀氧化鋁的最大添加量一般為300份左右,所得產(chǎn)品導(dǎo)熱率有限。
6、α-氧化鋁(球形) 優(yōu)點:填充量大,在液體硅膠中,球形氧化鋁最大可添加到600~800份,所得制品導(dǎo)熱率高。 缺點:價格較貴,但低于氮化硼和氮化鋁。
7、氧化鋅ZnO 優(yōu)點:粒徑及均勻性很好,適合生產(chǎn)導(dǎo)熱硅脂。缺點:導(dǎo)熱性偏低,不適合生產(chǎn)高導(dǎo)熱產(chǎn)品;質(zhì)輕,增粘性較強(qiáng),不適合灌封。
8、二氧化硅(結(jié)晶型) 優(yōu)點:密度大,適合灌封;價格低,適合大量填充,降低成本。缺點:導(dǎo)熱性偏低,不適合生產(chǎn)高導(dǎo)熱產(chǎn)品。密度較高,可能產(chǎn)生分層。
9、纖維狀高導(dǎo)熱碳粉 優(yōu)點:導(dǎo)熱系數(shù)極高,沿纖維方向的導(dǎo)熱率是銅的2-3倍,最高可達(dá)到700w/mk,同時具有良好的機(jī)械性能和優(yōu)異的導(dǎo)熱及輻射散熱能力,并且可設(shè)計導(dǎo)熱取向;缺點:價格昂貴,并且不易與塑料混合。
10、鱗片狀高導(dǎo)熱碳粉 優(yōu)點:導(dǎo)熱系數(shù)高,粒徑在納米級,填充率高;缺點:堆積密度大,不易加工,價格昂貴(但低于纖維狀高導(dǎo)熱碳粉)。
綜上,不同填料有各自特點,選擇填料時應(yīng)充分利用各填料的優(yōu)點,采用幾種填料進(jìn)行混合使用,發(fā)揮協(xié)同作用,既能達(dá)到較高的熱導(dǎo)率,又能有效的降低成本,同時保障填料與基體材料的混溶性。
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