CN107382285A - 一种led灯基座用复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种LED灯基座用复合材料，包括：氧化铝陶瓷55‑60％和石墨烯40‑45％；所述氧化铝陶瓷的制备方法为：将氧化铝粉、硫酸镁和硅藻土加入行星式球磨罐中，室温下以500r/min球磨6‑8小时，得到混合浆料Ⅰ，将混合浆料Ⅰ在100‑150℃温度下干燥后继续以500r/min球磨6‑8小时得混合粉料Ⅰ，将混合粉料Ⅰ过筛、除铁后加入脱模剂混合均匀，然后置于模具中，将模具放置于多功能烧结炉中，经升温、加压、烧结1‑2小时后，自然冷却至室温即得成品。本发明LED灯基座用复合材料在氧化铝陶瓷材料中引入石墨烯，使其导热性能显著提高，对环境的散热能力增强，降低LED灯的工作温度，延长其使用寿命。

Description

一种LED灯基座用复合材料
技术领域
本发明涉及LED照明技术领域，尤其涉及一种LED灯基座用复合材料。
背景技术
LED灯珠是属于发光二极管的一种，能够将电能转化为光能的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。LED灯具可采用直流DC220V电压，不需要启辉器和镇流器。启动时间短，无闪频。
现有LED节能灯的基板、基座的材质主要为金属铝、氧化铝陶瓷。金属铝因其具有较高的导热率，是目前常用的LED基座材料。但金属铝具有的导热性、高热膨胀系数、对环境散热性能差等特性，影响着LED节能灯的应用发展。氧化铝陶瓷也是LED节能灯常用基座材料，其电绝缘性好、热膨胀系数低、对环境的辐射散热性能好。但氧化铝陶瓷的导热系数较小，即氧化铝陶瓷本体单位时间通过的热流量较小，氧化铝陶瓷用作大功率LED节能灯基座时，若通过氧化铝陶瓷本体的热流迁移量低于LED半导体芯片产热量，会导致LED半导体芯片的热量蓄积、温度升高、发光效率降低、工作寿命缩短。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述现有LED灯基座材料存在的缺陷，提供一种散热性能好、综合性能优异的LED灯基座用复合材料。
本发明所提供的技术方案为：
一种LED灯基座用复合材料，该复合材料所用原料以及原料的质量百分比为：氧化铝陶瓷55-60％和石墨烯40-45％；
所述氧化铝陶瓷的制备方法为：将氧化铝粉、硫酸镁和硅藻土加入行星式球磨罐中，球磨介质为无水乙醇，氧化铝粉、硫酸镁和硅藻土的总质量、磨球的质量以及无水乙醇的质量比为1:4-6:1-1.5，室温下以500r/min球磨6-8小时，得到混合浆料Ⅰ，将混合浆料Ⅰ在100-150℃温度下干燥后继续以500r/min球磨6-8小时得混合粉料Ⅰ，将混合粉料Ⅰ过筛、除铁后加入脱模剂混合均匀，然后置于模具中，将模具放置于多功能烧结炉中，以10-12℃/min升温至1495-1505℃，加压25-32MPa烧结，保温1-2小时后停止加热，使其在炉中自然冷却至室温即得成品。
其中，所述氧化铝粉、硫酸镁和硅藻土的质量比分别为95.2-96.4％、2-2.6％和1.6-2.2％。
所述磨球是氧化铝球或玛瑙球中的一种或两种按任意比例混合。
所述石墨烯为石墨烯粉体，其粒径为50-100nm。
一种LED灯基座用复合材料，该复合材料的制备方法为：
(1)将氧化铝陶瓷和石墨烯按比例混合后搅拌10min，加入行星式球磨罐中，磨球是氧化铝球，球磨介质为无水乙醇-松香树脂溶液，氧化铝陶瓷和石墨烯的总质量、氧化铝球的质量和污水乙醇-松香树脂溶液的质量比为5-9:1:1.2-1.5，在室温下500r/min球磨5-8小时，得混合浆料Ⅱ；
(2)将石墨烯、分散剂和粘接剂溶于去离子水中，形成石墨烯水溶液，所述石墨烯水溶液的固含量为0.01-0.1wt％；
(3)将混合浆料Ⅱ和石墨烯水溶液均置入反应釜中并使得混合浆料Ⅱ完全浸入石墨烯水溶液，在真空度-0.8bar下真空浸渍2-3h，得改性液；
(4)将改性液加入行星式球磨罐中，磨球是玛瑙球，室温下球磨5-8小时，得混合粉料Ⅱ；
(5)将混合粉料Ⅱ过筛、除铁后加入脱模剂混合均匀，然后置于模具中，将模具放置于多功能烧结炉中，以10-12℃/min升温至1495-1505℃，加压25-32MPa烧结，保温1-2小时后停止加热，使其在炉中自然冷却至室温即得成品。
所述过筛使得混合粉料Ⅰ的粒径小于0.008mm，混合粉料Ⅱ的粒径小于0.005mm。
所述松香树脂的质量浓度为2-3％。
所述分散剂为ISOBAM-110，其与石墨烯的质量比为50:1-3；所述粘接剂为ISOBAM-104，其与石墨烯的质量比为50:1-3。
本发明具有以下优点：
本发明LED灯基座用复合材料在氧化铝陶瓷材料中引入石墨烯，与未引入石墨烯的普通氧化铝陶瓷材料相比，引入石墨烯的氧化铝陶瓷材料的导热性能显著提高，对环境的散热能力提高，LED半导体芯片长期工作时热量积蓄减少，温度降低、发光效率提高，LED半导体芯片与基座的结构应力减小，LED灯的工作寿命延长。表面该复合材料是一种比氧化铝陶瓷材料更适宜用作LED节能灯基座的材料。本发明可为我国LED灯领域提供一种新型耐高温结构的材料，具有广阔的应用前景和市场价值。
具体实施方式
实施例1
一种LED灯基座用复合材料，该复合材料所用原料以及原料的质量百分比为：氧化铝陶瓷55％和石墨烯45％；
所述氧化铝陶瓷的制备方法为：将氧化铝粉、硫酸镁和硅藻土加入行星式球磨罐中，球磨介质为无水乙醇，氧化铝粉、硫酸镁和硅藻土的总质量、磨球的质量以及无水乙醇的质量比为1:4:1，室温下以500r/min球磨6-8小时，得到混合浆料Ⅰ，将混合浆料Ⅰ在100-150℃温度下干燥后继续以500r/min球磨6-8小时得混合粉料Ⅰ，将混合粉料Ⅰ过筛、除铁后加入脱模剂混合均匀，然后置于模具中，将模具放置于多功能烧结炉中，以10-12℃/min升温至1495-1505℃，加压25-32MPa烧结，保温1-2小时后停止加热，使其在炉中自然冷却至室温即得成品。
其中，所述氧化铝粉、硫酸镁和硅藻土的质量比分别为95.2％、2.6％和2.2％。
所述磨球是氧化铝球或玛瑙球中的一种或两种按任意比例混合。
所述石墨烯为石墨烯粉体，其粒径为50-100nm。
一种LED灯基座用复合材料，该复合材料的制备方法为：
(1)将氧化铝陶瓷和石墨烯按比例混合后搅拌10min，加入行星式球磨罐中，磨球是氧化铝球，球磨介质为无水乙醇-松香树脂溶液，氧化铝陶瓷和石墨烯的总质量、氧化铝球的质量和污水乙醇-松香树脂溶液的质量比为5:1:1.2，在室温下500r/min球磨5-8小时，得混合浆料Ⅱ；
(2)将石墨烯、分散剂和粘接剂溶于去离子水中，形成石墨烯水溶液，所述石墨烯水溶液的固含量为0.01-0.1wt％；
(3)将混合浆料Ⅱ和石墨烯水溶液均置入反应釜中并使得混合浆料Ⅱ完全浸入石墨烯水溶液，在真空度-0.8bar下真空浸渍2-3h，得改性液；
(4)将改性液加入行星式球磨罐中，磨球是玛瑙球，室温下球磨5-8小时，得混合粉料Ⅱ；
(5)将混合粉料Ⅱ过筛、除铁后加入脱模剂混合均匀，然后置于模具中，将模具放置于多功能烧结炉中，以10-12℃/min升温至1495-1505℃，加压25-32MPa烧结，保温1-2小时后停止加热，使其在炉中自然冷却至室温即得成品。
所述过筛使得混合粉料Ⅰ的粒径小于0.008mm，混合粉料Ⅱ的粒径小于0.005mm。
所述松香树脂的质量浓度为2％。
所述分散剂为ISOBAM-110，其与石墨烯的质量比为50:1；所述粘接剂为ISOBAM-104，其与石墨烯的质量比为50:1。
实施例2
一种LED灯基座用复合材料，该复合材料所用原料以及原料的质量百分比为：氧化铝陶瓷60％和石墨烯40％；
所述氧化铝陶瓷的制备方法为：将氧化铝粉、硫酸镁和硅藻土加入行星式球磨罐中，球磨介质为无水乙醇，氧化铝粉、硫酸镁和硅藻土的总质量、磨球的质量以及无水乙醇的质量比为1:6:1，室温下以500r/min球磨6-8小时，得到混合浆料Ⅰ，将混合浆料Ⅰ在100-150℃温度下干燥后继续以500r/min球磨6-8小时得混合粉料Ⅰ，将混合粉料Ⅰ过筛、除铁后加入脱模剂混合均匀，然后置于模具中，将模具放置于多功能烧结炉中，以10-12℃/min升温至1495-1505℃，加压25-32MPa烧结，保温1-2小时后停止加热，使其在炉中自然冷却至室温即得成品。
其中，所述氧化铝粉、硫酸镁和硅藻土的质量比分别为96.4％、2％和1.6％。
所述磨球是氧化铝球或玛瑙球中的一种或两种按任意比例混合。
所述石墨烯为石墨烯粉体，其粒径为50-100nm。
一种LED灯基座用复合材料，该复合材料的制备方法为：
(1)将氧化铝陶瓷和石墨烯按比例混合后搅拌10min，加入行星式球磨罐中，磨球是氧化铝球，球磨介质为无水乙醇-松香树脂溶液，氧化铝陶瓷和石墨烯的总质量、氧化铝球的质量和污水乙醇-松香树脂溶液的质量比为9:1:1.5，在室温下500r/min球磨5-8小时，得混合浆料Ⅱ；
(2)将石墨烯、分散剂和粘接剂溶于去离子水中，形成石墨烯水溶液，所述石墨烯水溶液的固含量为0.01-0.1wt％；
(3)将混合浆料Ⅱ和石墨烯水溶液均置入反应釜中并使得混合浆料Ⅱ完全浸入石墨烯水溶液，在真空度-0.8bar下真空浸渍2-3h，得改性液；
(4)将改性液加入行星式球磨罐中，磨球是玛瑙球，室温下球磨5-8小时，得混合粉料Ⅱ；
(5)将混合粉料Ⅱ过筛、除铁后加入脱模剂混合均匀，然后置于模具中，将模具放置于多功能烧结炉中，以10-12℃/min升温至1495-1505℃，加压25-32MPa烧结，保温1-2小时后停止加热，使其在炉中自然冷却至室温即得成品。
所述过筛使得混合粉料Ⅰ的粒径小于0.008mm，混合粉料Ⅱ的粒径小于0.005mm。
所述松香树脂的质量浓度为2-3％。
所述分散剂为ISOBAM-110，其与石墨烯的质量比为25:1；所述粘接剂为ISOBAM-104，其与石墨烯的质量比为25:1。
实施例3
一种LED灯基座用复合材料，该复合材料所用原料以及原料的质量百分比为：氧化铝陶瓷57％和石墨烯43％；
所述氧化铝陶瓷的制备方法为：将氧化铝粉、硫酸镁和硅藻土加入行星式球磨罐中，球磨介质为无水乙醇，氧化铝粉、硫酸镁和硅藻土的总质量、磨球的质量以及无水乙醇的质量比为1:5:1.2，室温下以500r/min球磨6-8小时，得到混合浆料Ⅰ，将混合浆料Ⅰ在100-150℃温度下干燥后继续以500r/min球磨6-8小时得混合粉料Ⅰ，将混合粉料Ⅰ过筛、除铁后加入脱模剂混合均匀，然后置于模具中，将模具放置于多功能烧结炉中，以10-12℃/min升温至1495-1505℃，加压25-32MPa烧结，保温1-2小时后停止加热，使其在炉中自然冷却至室温即得成品。
其中，所述氧化铝粉、硫酸镁和硅藻土的质量比分别为96％、2％和2％。
所述磨球是氧化铝球或玛瑙球中的一种或两种按任意比例混合。
所述石墨烯为石墨烯粉体，其粒径为50-100nm。
一种LED灯基座用复合材料，该复合材料的制备方法为：
(1)将氧化铝陶瓷和石墨烯按比例混合后搅拌10min，加入行星式球磨罐中，磨球是氧化铝球，球磨介质为无水乙醇-松香树脂溶液，氧化铝陶瓷和石墨烯的总质量、氧化铝球的质量和污水乙醇-松香树脂溶液的质量比为5-9:1:1.2-1.5，在室温下500r/min球磨5-8小时，得混合浆料Ⅱ；
(2)将石墨烯、分散剂和粘接剂溶于去离子水中，形成石墨烯水溶液，所述石墨烯水溶液的固含量为0.01-0.1wt％；
(3)将混合浆料Ⅱ和石墨烯水溶液均置入反应釜中并使得混合浆料Ⅱ完全浸入石墨烯水溶液，在真空度-0.8bar下真空浸渍2-3h，得改性液；
(4)将改性液加入行星式球磨罐中，磨球是玛瑙球，室温下球磨5-8小时，得混合粉料Ⅱ；
(5)将混合粉料Ⅱ过筛、除铁后加入脱模剂混合均匀，然后置于模具中，将模具放置于多功能烧结炉中，以10-12℃/min升温至1495-1505℃，加压25-32MPa烧结，保温1-2小时后停止加热，使其在炉中自然冷却至室温即得成品。
所述过筛使得混合粉料Ⅰ的粒径小于0.008mm，混合粉料Ⅱ的粒径小于0.005mm。
所述松香树脂的质量浓度为2-3％。
所述分散剂为ISOBAM-110，其与石墨烯的质量比为50:3；所述粘接剂为ISOBAM-104，其与石墨烯的质量比为50:3。
性能测试：
将本法制备的LED灯基座用复合材料直接应用于大功率LED灯具基座的封装，通过测量LED灯具连续工作24小时后基座表面的实时温度来测试本发明基座材料的散热性能，并与普通材料封装的同等功率的LED灯具基座在同等工作时长后的表面实时温度进行比较，并分5组进行同步实验。实验测得使用本发明复合材料的灯具基座在工作24小时后，其基座表面的平均温度为23.1℃，而使用普通材料的灯具基座在工作24小时后，其基座表面的平均温度为32.3℃。由此可见，本发明LED灯具基座的复合材料具有良好的散热性能，能够及时将LED灯发热的热能排散出去，降低LED灯的工作温度，延长其使用寿命。本发明复合材料能很好的改善现有LED灯具基座不能很好散热的现状，具有积极的有益效果。

Claims (8)

1.一种LED灯基座用复合材料，其特征在于，该复合材料所用原料以及原料的质量百分比为：氧化铝陶瓷55-60％和石墨烯40-45％；
所述氧化铝陶瓷的制备方法为：将氧化铝粉、硫酸镁和硅藻土加入行星式球磨罐中，球磨介质为无水乙醇，氧化铝粉、硫酸镁和硅藻土的总质量、磨球的质量以及无水乙醇的质量比为1:4-6:1-1.5，室温下以500r/min球磨6-8小时，得到混合浆料Ⅰ，将混合浆料Ⅰ在100-150℃温度下干燥后继续以500r/min球磨6-8小时得混合粉料Ⅰ，将混合粉料Ⅰ过筛、除铁后加入脱模剂混合均匀，然后置于模具中，将模具放置于多功能烧结炉中，以10-12℃/min升温至1495-1505℃，加压25-32MPa烧结，保温1-2小时后停止加热，使其在炉中自然冷却至室温即得成品。
2.如权利要求1所述的一种LED灯基座用复合材料，其特征在于，所述氧化铝粉、硫酸镁和硅藻土的质量比分别为95.2-96.4％、2-2.6％和1.6-2.2％。
3.如权利要求1所述的一种LED灯基座用复合材料，其特征在于，所述磨球是氧化铝球或玛瑙球中的一种或两种按任意比例混合。
4.如权利要求1所述的一种LED灯基座用复合材料，其特征在于，所述石墨烯为石墨烯粉体，其粒径为50-100nm。
5.如权利要求1至4任一项所述的一种LED灯基座用复合材料，其特征在于，该复合材料的制备方法为：
(1)将氧化铝陶瓷和石墨烯按比例混合后搅拌10min，加入行星式球磨罐中，磨球是氧化铝球，球磨介质为无水乙醇-松香树脂溶液，氧化铝陶瓷和石墨烯的总质量、氧化铝球的质量和污水乙醇-松香树脂溶液的质量比为5-9:1:1.2-1.5，在室温下500r/min球磨5-8小时，得混合浆料Ⅱ；
(2)将石墨烯、分散剂和粘接剂溶于去离子水中，形成石墨烯水溶液，所述石墨烯水溶液的固含量为0.01-0.1wt％；
(3)将混合浆料Ⅱ和石墨烯水溶液均置入反应釜中并使得混合浆料Ⅱ完全浸入石墨烯水溶液，在真空度-0.8bar下真空浸渍2-3h，得改性液；
(4)将改性液加入行星式球磨罐中，磨球是玛瑙球，室温下球磨5-8小时，得混合粉料Ⅱ；
(5)将混合粉料Ⅱ过筛、除铁后加入脱模剂混合均匀，然后置于模具中，将模具放置于多功能烧结炉中，以10-12℃/min升温至1495-1505℃，加压25-32MPa烧结，保温1-2小时后停止加热，使其在炉中自然冷却至室温即得成品。
6.如权利要求5所述的一种LED灯基座用复合材料，其特征在于，所述过筛使得混合粉料Ⅰ的粒径小于0.008mm，混合粉料Ⅱ的粒径小于0.005mm。
7.如权利要求6所述的一种LED灯基座用复合材料，其特征在于，所述松香树脂的质量浓度为2-3％。
8.如权利要求7所述的一种LED灯基座用复合材料，其特征在于，所述分散剂为ISOBAM-110，其与石墨烯的质量比为50:1-3；所述粘接剂为ISOBAM-104，其与石墨烯的质量比为50:1-3。
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