α-氧化铝(下称氧化铝)导热粉体因来源广,成本低,在聚合物基体中填充量大,具有较高性价比,是制备导热硅胶垫片最常用的导热粉体。氧化铝形貌有球形、角型、类球形等,不同形貌对热界面材料的加工性能、应用性能、成本等有不同影响,加之不同粒径的影响,在体系中会形成一定的孔隙,影响导热界面材料的导热系数。本文将从以下几个方面探讨不同形貌、不同粒径的氧化铝导热粉体的搭配工艺,为制备高导热硅胶垫片提供参考。
1、同等粒径相同添加量下,不同形貌
选取5μm和45μm的球形、类球形氧化铝形、角形氧化铝在添加量75%下测试其对导热硅胶垫片加工粘度的影响,相同粒径球形氧化铝的加工粘度最小,角形氧化铝加工粘度最大;相同形貌粒径越大,加工粘度越低。主要是因为同等粒径下,球形氧化铝表面能越小,球的表面流动性越好,与基体搅拌成膜均匀,体系粘度就越低,而角形氧化铝形貌不规则,其颗粒的表面能大,颗粒之间越易粘附在一起,粘度就越大;而在相同相貌下,粒径越大,吸油值越小。
2、同等粒径不同形貌下,不同添加量
选取45μm类球形氧化铝形、球形、角形氧化铝,分别在75%、80%、85%添加量下测试对导热硅胶垫片导热系数的影响,在同等添加量下,75%添加量时角形氧化铝制备的导热硅胶垫片的导热系数较高。添加量在80%和85%时,类球形氧化铝形氧化铝制备的导热硅胶垫片导热系数较高。在添加量较少时,随着添加量增加,三种形貌氧化铝制备的垫片导热系数不断升高。由于角型氧化铝比表面积大,在基体中形成的导热网络会更多,因此垫片的导热效果较好。当添加量增加,由于类球形氧化铝是单晶颗粒、转化率高、颗粒表面光滑,导热系数最高,虽然球形氧化铝球形度好,但是转化率较低并且颗粒表面粗糙,导致导热系数较低。
3、同等形貌不同添加量氧化铝导热粉体,在不同复配比例
考虑最佳性价比和粉体颗粒堆积原理,选取45μm球形氧化铝、45μm类球形氧化铝和5μm角型氧化铝以2:2:1,2:1:1,1:2:1,1:1:1复配分别在80%、85%、90%的添加量下对导热硅胶垫片导热系数的影响。相同复配比例,随着添加量增加,四种复配粉体填充的垫片导热系数不断增加,这是由于随着粉体添加量增加,颗粒之间的接触点越多,逐渐形成致密导热网络,因此导热系数增加。另外,由于类球形氧化铝的转化率高,导热系数高,因此其比例较大,导热硅胶垫片导热系数的提升越明显。