聚合物基复合材料导热机理的研究及其导热行为的影响因素

• 作 者: 陈荣
• 机 构: 华侨大学
• 出 处: 华侨大学
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: 热界面材料 球形氧化铝 堆积密度孔隙率 贯穿相

散热问题是制约着微电子行业领域发展的重要因素之一,以聚合物基导热复合材料为代表的热界面材料,由于其本身良好的导热性能,一定的柔韧性,可以有效的改善界面接触,增大传热面积,从而提高散热效率。在聚合物材料中,硅橡胶具备良好的弹性、电绝缘性、耐化学性,特别是耐高温性以及易加工性,其在导热材料中的应用越来越广泛,因此以硅橡胶为聚合物基的导热复合材料的研究受到大量的关注。本文采用液体共混法,以双组分加成型液体硅橡胶为基体树脂,通过添加具有良好导热性能的球形氧化铝,制备聚合物基热界面材料。利用稳态热流法以及非稳态热流法、扫描电子显微镜(SEM),傅里叶红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)、X-射线衍射(XRD)和密度天平等对材料的导热性能和导热机理进行研究。此外,通过对填充型的热界面材料导热机理的研究论证,提出新型“贯穿相”的导热网链模型。采用在基体树脂中添加单一粒径的球形氧化铝制备导热复合体系,利用稳态热流法表征样品的导热性能,实验结果表明:材料的导热性能随粒子的添加量增大而提高,单一球形粒子在树脂中的分散堆积存在一个最大堆积密度,最大堆积密度为0.60左右。通过对加工工艺的改善,可以有效的控制复合材料中的孔隙率,提高导热性能。孔隙率由12%下降至4%左右,导热率由1.65W/(m·K)提升至1.85W/(m·K)。对粒子在材料中的堆积方式进行研究,通过粒径比(k)小于0.154的大小粒子进行复配可以有效的提高粒子的堆积密度,从而提高复合材料的导热率。经过双组分复配之后最大堆积密度达到0.76,材料导热率为3.45W/(m·K)。.对导热网链和界面因子进行论证分析,提出“贯穿相”的新型导热网链。实验结果表明界面影响因子α值没有随着粒子含量的增加而增大,采用碳化硅为贯穿骨架时,α值为0.05左右。