CN103819902A - 一种以硅橡胶为热界面的高导热弹性复合填料及制备方法 - Google Patents

Abstract

一种以硅橡胶为热界面的高导热弹性复合填料，为金属氧化物与纳米碳的复合材料；金属氧化物为氧化铝、氧化镁、氧化锌或氧化铍中的一种，或含有两种或两种以上的混合物；纳米碳为碳纳米管、石墨烯中的一种，或两种的混合物。制备方法：先采用球磨法将金属氧化物与纳米碳固体混合；然后加入到配置好的前驱体溶液中，将得到的混合前驱体溶液放到单模微波合成系统中，采用微波加热沉积法将复合材料沉积；最后将所得悬浊液进行过滤干燥，即得所需复合材料。本发明提供的以金属氧化物与纳米碳复合材料作为填料，可提高以硅橡胶为基体的导热弹性垫片的散热性能，使其具有高导热系数、绝缘性、柔软性、耐老化等优势，以确保产品的使用寿命和质量可靠性。

Description

一种以硅橡胶为热界面的高导热弹性复合填料及制备方法

技术领域

本发明涉及一种以硅橡胶为热界面的高导热弹性复合填料及制备方法，用于提高硅橡胶界面的热传导性，有效地对电子设备进行散热，以确保产品的使用寿命和质量可靠性。

背景技术

随着领域集成技术和组装技术的迅速发展，电子元件、逻辑电路向轻、薄、小的方向发展，发热量也随之增加，如何有效地对电子设备进行散热，以确保产品的使用寿命和质量可靠性，成为当今世界电子电气领域一个亟需解决的重要问题。

由于填充型聚合物导热材料的导热主要是依赖于导热填料，从而导热填料本身导热率的大小对复合材料整体的导热率有很大影响。无机填料（如氮化铝、氮化硅、氮化硼、碳化硅等）表面大部分是亲水性的，因此聚合物基体对其浸润不好，填料表面和聚合物基体之间的作用力小，声子散射严重，导热效果不理想，有些研究针对导热粒子再进行表面处理以期提高性能。氧化铍、氧化铝、氢氧化铝、氧化镁和氧化锌等金属氧化物，此类填料导热系数一般在1.5W·m^-1·K^-1左右，如果进一步加大填料填充量，虽然导热系数会有所增大，但是按原工艺则很难加工成型，而且成型后的力学性能将大大降低。另外，加入金属粉体，比如银粉、铜粉、铝粉等，虽然能够在填充量比较低的情况下得到较高的导热性能，但是绝缘性能将大大受损，有些甚至成为导体材料。

因此，如何平衡导热材料的高导热性和高绝缘性，突破填料制备关键技术是导热产业所亟需解决的技术问题之一。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明公开了一种以硅橡胶为热界面的高导热弹性复合填料及制备方法，本发明以金属氧化物与纳米碳复合材料作为填料来提高以硅橡胶为基体的导热弹性垫片的散热性能，使其具有高导热系数、绝缘性、柔软性、耐老化等优势；并且成本低、工艺简单，易于加工和大规模生产。

本发明技术方案是这样实现的：

一种以硅橡胶为热界面的高导热弹性复合填料，其特点是：填料为金属氧化物与纳米碳的复合材料；所述金属氧化物为氧化铝、氧化镁、氧化锌或氧化铍中的一种，或含有两种或两种以上的混合物；所述的纳米碳为碳纳米管、石墨烯中的一种，或两种的混合物。

所述石墨烯的厚度为2～50nm，长度为0.5～20μm；所述碳纳米管的直径为10～100nm，长度为5～15μm。

一种以硅橡胶为热界面的高导热弹性复合填料的制备方法，其特点是：

A)采用球磨法将金属氧化物与纳米碳固体混合，其中球磨转速为100～500r/min，球磨时间为15min～2hrs；

B)配置金属氧化物与纳米碳材料混合前驱体溶液，所述的前驱体溶液为去离子水、乙醇或丙酮中的一种溶剂；将步骤Ａ)所得金属氧化物与纳米碳混合体加入配置的前驱体溶液中，金属氧化物与纳米碳材料的固含量体积占前驱体溶液体积的1～10%，其中纳米碳的固含量体积占前驱体溶液体积的0.5～5%；

C)将步骤B)得到的混合前驱体溶液放到单模微波合成系统中，采用微波加热沉积法将复合材料沉积；其中微波功率为200～500W，沉积温度为100～300℃，沉积时间为15min～2hrs；

D）将步骤C)所得悬浊液进行过滤干燥，即得所需复合材料。

本发明的优点和积极效果：

采用本发明方法制备的以硅橡胶为基体的高导热弹性复合填料，具有低成本、高导热、高绝缘，工艺简单，易于加工等优点，可提高以硅橡胶为基体的导热弹性垫片的散热性能，柔软、耐老化，以确保产品的使用寿命和质量可靠性，同时可大规模、一体化制备高导热性能的硅橡胶热界面复合材料。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行详细说明，但本实施例不能用于限制本发明，凡采用本发明的相似方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

【实施例1】

采用球磨法将粒径为1μm氧化铝粉末与石墨烯（厚度为50nm，长度为20μm）混合，转速为100r/min，时间为2hrs，然后配制固含量为1%氧化铝-石墨烯（其中石墨烯固含量为0.5%）复合材料水溶液作为前驱体混合溶液。将上述混合溶液放置到单模微波合成系统中，采用微波加热沉积法，通过200W的微波功率加热到300℃下反应2hrs，将所得悬浊液进行过滤干燥即为氧化铝-石墨烯复合材料。

【实施例2】

采用球磨法将粒径为700nm氧化镁粉末与碳纳米管（直径为10nm，长度为15μm）混合，转速为500r/min，时间为15min，然后配制固含量为10%氧化镁-碳纳米管（其中碳纳米管固含量为5%）复合材料丙酮溶液作为前驱体混合溶液。将上述混合溶液放置到单模微波合成系统中，采用微波加热沉积法，通过500W的微波功率加热到100℃下反应15min，将所得悬浊液进行过滤干燥即为氧化镁-碳纳米管复合材料。

【实施例3】

采用球磨法将粒径为1μm氧化铍、500nm氧化锌、石墨烯（厚度为2nm，长度为0.5μm）、碳纳米管（直径为100nm，长度为5μm）以6∶12∶1∶1质量比混合，转速为500r/min，时间为1hr，然后配制固含量为5%氧化镁-碳纳米管（其中石墨烯和碳纳米管固含量为0.5%）复合材料乙醇溶液作为前驱体混合溶液。将上述混合溶液放置到单模微波合成系统中，采用微波加热沉积法，通过500W的微波功率加热到220℃下反应1hrs，将所得悬浊液进行过滤干燥即为所需复合材料。

实施例3中所制备的复合材料作为以硅橡胶为基体的导热弹性垫片填料，可协同石墨烯和碳纳米管独特的一维和二维结构，作为氧化铍和氧化锌的桥连粒子，增大其粒子间的接触面积，同时增大堆积密度，降低导热粒子之间的界面热阻，提高导热效率。因此，氧化铍-氧化锌-石墨烯-碳纳米管复合材料相比实施例1、2所制备的材料在提升导热硅胶垫片的散热性能上有着更多的优势。

Claims (3)

1.一种以硅橡胶为热界面的高导热弹性复合填料，其特征在于：填料为金属氧化物与纳米碳的复合材料；所述金属氧化物为氧化铝、氧化镁、氧化锌或氧化铍中的一种，或含有两种或两种以上的混合物；所述的纳米碳为碳纳米管、石墨烯中的一种，或两种的混合物。

2.根据权利要求1所述的一种以硅橡胶为热界面的高导热弹性复合填料，其特征在于：所述石墨烯的厚度为2～50nm，长度为0.5～20μm；所述碳纳米管的直径为10～100nm，长度为5～15μm。

3.根据权利要求1所述的一种以硅橡胶为热界面的高导热弹性复合填料的制备方法，其特征在于：

A)采用球磨法将金属氧化物与纳米碳固体混合，其中球磨转速为100～500r/min，球磨时间为15min～2hrs；

B)配置金属氧化物与纳米碳材料混合前驱体溶液，所述的前驱体溶液包括去离子水、乙醇或丙酮中的一种溶剂；将步骤Ａ)所得金属氧化物与纳米碳混合体加入配置的前驱体溶液中，金属氧化物与纳米碳材料的固含量体积占前驱体溶液体积的1～10%，其中纳米碳的固含量体积占前驱体溶液体积的0.5～5%；

C)将步骤B)得到的混合前驱体溶液放到单模微波合成系统中，采用微波加热沉积法将复合材料沉积；其中微波功率为200～500W，沉积温度为100～300℃，沉积时间为15min～2hrs；

D）将步骤C)所得悬浊液进行过滤干燥，即得所需复合材料。