CN107573903B - 热传导性组合物及其的制造方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一个实施例的热传导性组合物包括：功能助剂，其包括氮化硼(BN)、碳化硅(SiC)、氧化铝(Al₂O₃)及氮化铝(AlN)中一个以上和发泡无机物热传导性粉末；粘合剂，其包括硅酸盐玻璃溶液和异丙醇。

Description

热传导性组合物及其的制造方法

技术领域

本发明提供一种热传导性组合物及其的制造方法。

背景技术

现代人的生活中热能涉及全部产业及生活。热能用于加热器、饭煲等家电商品，并且在红外线治疗仪、红外线测定仪等医疗领域也应用热能。但是，对热能的研究主要集中在热能的消耗和开发，而疏忽了使得热能消耗的过程有效的步骤的研究。

此外，随着类似于手机、PDA等的移动通信设备的小型化，用于这些设备的部件也正在实现小型化，类似于TV的显示装置的部件也得到小型化且变薄，因此在内部产生的热可能会引发部件的误操作或可靠性及耐久性降低。因此关于热的散出的研究正在全世界活跃地进行。

为了去除各种电子设备的使用时产生的热，虽然如下方法等成为主流：将冷却扇或使用热传导性较高的Cu、Al等合金金属的散热结构体搭载于设备的内部，但是受到设计的限制，且可能阻碍小型化及轻量化。

此外，发热、吸热或散热所使用的组合物因为包括有机粘合剂(binder)，从而在大约300℃至大约600℃以下的较低温度下得以氧化，所以高温下的安全性可能较低，且可能含有对环境有害的有机物质。

例如，就以美国和日本为中心所开发的热油脂(thermal grease)而言，含有有机粘合剂，从而大约300℃以上的状况下性能可能较低。

发明内容

根据本发明的一个实施例的热传导性组合物及其的制造方法的目的在于，在约1000℃以上的高温环境下提高吸热、发热及散热性能。

根据本发明的一个实施例的热传导性组合物及其的制造方法的目的在于，提高适用组合物的材料的热传导性和放射率。

根据本发明的一个实施例的热传导性组合物及其的制造方法的目的在于，减少对人体的有害性。

除实现所述课题之外，在实现没有具体言及的其他课题时，根据本发明的实施例能够得到使用。

根据本发明的一个实施例的热传导性组合物包括：功能助剂，其包括氮化硼(BN)、碳化硅(SiC)、氧化铝(Al₂O₃)及氮化铝(AlN)中一个以上和发泡无机物热传导性粉末；粘合剂(binder)，其包括硅酸盐玻璃溶液和异丙醇(isopropyl alcohol)。

在此，发泡无机物热传导性粉末是通过在组合物添加硅(Si)0.1～40重量％并使其凝固及发泡后进行粉碎而制造的，所述组合物在蒸馏水100重量％的时候包括基础溶液4～9重量％、氧化钠(Na₂O)14～21重量％、二氧化硅(SiO₂)45～56重量％、氧化铁(Fe₂O₃)0.03～0.07重量％、分散剂0.3～0.9重量％、碳酸镁(MgCO₃)1.6～5.2重量％、甲基硅酸钾(potassium methyl siliconate)3～9重量％，所述基础溶液包括硝酸(HNO₃)和镁(Mg)成分。

功能助剂还可包括氧化铁(Fe₂O₃)。

功能助剂还可包括石墨(graphite)、石墨烯(graphene)、碳纳米管(carbon nanotube)、碳纤维(carbon fiber)中的一个以上。

还可包括碳化硼(B₄C)、氮化硅(Si₃N₄)、二氧化锆(ZrO₂)、二氧化钛(TiO₂)、过氧化锌(ZnO₂)、氮化锆(ZrN)中的一个以上。

还可包括偶联(coupling)剂、分散剂、沉降防止剂、裂缝(crack)防止剂、附着增强剂中的一个以上。

粘合剂还可包括硅酸铝(aluminium silicate)，在粘合剂中，以粘合剂整体为基准，硅酸盐玻璃溶液可以为70～85重量％、异丙醇可以为5～15重量％、硅酸铝可以为5～15重量％。

根据本发明的一个实施例的热传导性组合物的制造方法包括:制造粘合剂的步骤；制造功能助剂的步骤，所述功能助剂包括氮化硼(BN)、碳化硅(SiC)、氧化铝(Al₂O₃)及氮化铝(AlN)中一个以上和发泡无机物热传导性粉末；将功能助剂混合于粘合剂的步骤。

在此，制造粘合剂的步骤包括：向蒸馏水添加甲酸或乙(acetic)酸，从而将pH调节为4.3至4.5，并进行一次搅拌的步骤；添加硅酸盐玻璃溶液，分4至10次添加硅烷(SiH₄)，并进行2小时至4小时的二次搅拌步骤；使得二次搅拌的混合物在常温下进行4小时至12小时的熟化步骤；添加异丙醇(isopropyl alcohol)从而使得反应中断的步骤。

在制造功能助剂的步骤中，发泡无机物热传导性粉末是通过向组合物添加硅(Si)0.1～40重量％并使其凝固及发泡后进行粉碎而制造的。所述组合物在蒸馏水100重量％的时候添加基础溶液4～9重量％、氧化钠(Na₂O)14～21重量％、二氧化硅(SiO₂)45～56重量％、氧化铁(Fe₂O₃)0.03～0.07重量％、分散剂0.3～0.9重量％、碳酸镁(MgCO₃)1.6～5.2重量％、甲基硅酸钾(potassium methyl siliconate)3～9重量％，所述基础溶液包括硝酸(HNO₃)和镁(Mg)成分。

根据本发明的一个实施例的热传导性组合物及其的制造方法在约1000℃以上的高温环境下能够提升吸热、发热及散热性能，并能够提升适用组合物的材料的放射率，并能够减少对人体的有害性。

附图说明

图1是对未涂覆热传导性组合物的铝薄板的放射率和涂覆热传导性组合物的薄板的放射率进行比较的图。

图2是对未涂覆热传导性组合物的热源周围的温度和涂覆热传导性组合物的热源周围的温度进行比较的图。

图3是对未涂覆热传导性组合物的热源周围的温度和涂覆热传导性组合物的热源周围的温度进行比较的图。

图4是对未涂覆热传导性组合物的六面体的内部温度和将热传导性组合物涂覆于六面体的上部基板后六面体的内部温度进行比较的图。

图5是对未涂覆热传导性组合物的杯子被加热时的内部水的温度和涂覆热传导性组合物的杯子被加热时的内部水的温度进行比较的图。

图6是对未涂覆热传导性组合物的热管的电力消耗量和涂覆热传导性组合物的热管的电力消耗量进行比较的图。

图7表示未涂覆热传导性组合物的平板基底和涂覆热传导性组合物的平板基底的在1300℃下的不燃性测试结果的图。

具体实施方式

为了使得本发明所属技术领域内具有通常知识的人员能够易于实施，将附图作为参考，对本发明的实施例进行详细说明。本发明能够实现为各种不同的形态，并且不限定于在此进行说明的实施例。在附图中，为了明确地说明本发明，省略与说明无关的部分，针对说明书整体上相同或类似的构成要素使用相同的附图标号。此外对于广为认知的公知技术省略对其的具体说明。

附图中为了明确地表现各个层及区域，放大厚度进行了表现。当记载层、膜、区域、板等部分位于另一部分“上”时，其不仅包括“直接”位于另一部位“上”，还包括其中间设置有又另一部分的情况。另外，当记载某部分“直接”位于另一部分“上”时，意味着中间不存在另一部分。相反，当记载层、膜、区域、板等部分位于另一部分“下”时，其不仅包括“直接”位于另一部位“下”，还包括其中间设置有又另一部分的情况。另外，当记载某部分“直接”位于另一部分“下”时，意味着中间不存在另一部分。

在说明书整体上，当记载某部位“包括”某构成要素时，其只要没有特别的记载，即意味着不排除其他的构成要素，而还能够包括其他的构成要素。

根据实施例的热传导性组合物包括：功能助剂，其包括氮化硼(BN)、碳化硅(SiC)、氧化铝(Al₂O₃)及氮化铝(AlN)中一个以上和发泡无机物热传导性粉末；粘合剂(binder)，其包括硅酸盐玻璃溶液和异丙醇(isopropyl alcohol)。

在此，发泡无机物热传导性粉末可以是通过向组合物添加硅(Si)并使其凝固及发泡后进行粉碎而制造的物质，所述组合物在蒸馏水100重量％的时候包括基础溶液4～9重量％、氧化钠(Na₂O)14～21重量％、二氧化硅(SiO₂)45～56重量％、氧化铁(Fe₂O₃)0.03～0.07重量％、分散剂0.3～0.9重量％、碳酸镁(MgCO₃)1.6～5.2重量％、甲基硅酸钾(potassium methyl siliconate)3～9重量％，所述基础溶液包括硝酸(HNO₃)和镁(Mg)成分。

以发泡无机物热传导性粉末的制造过程为例进行如下说明。

在蒸馏水约100重量％中加入氧化钠约14至约21重量％、二氧化硅约45～约56重量％、氧化铁约0.03～约0.07重量％、分散剂约0.03～约0.9重量％，并在加热搅拌机中以约60～约90℃的温度进行20分钟的缓慢加热搅拌，从而进行混合。此时，向蒸馏水中混合有氧化钠、二氧化硅、氧化铁、分散剂的物质缓慢滴入碳酸镁约1.6～约5.2重量％和基础液约4～约9重量％，从而进行混合，并且在混合的物质中进行搅拌混合直到产生水蒸气。

水蒸气产生时，向混合的物质加入甲基硅酸钾(potassium methyl siliconate)约3～9重量％，以约1小时30分～约2小时的程度进行加热搅拌，则使得最终混合的物质变得透明，从此时开始停止加热，并进行搅拌混合直到所混合的物质冷却。

向这样的液态的物质添加硅(Si)约0.1至约40重量％后，以大致2cm程度的厚度放入干燥机后，以20℃以上的温度进行大约24小时发热反应，从而凝固并发泡为块状物质。

之后，将在前述的步骤中得到加热塑性从而坚硬地凝固的块状物质细细地碾碎后，通过粉碎机再进行进一步细细地粉碎，从而制成平均粒径为约20μm以下的粉形态的物质，进而制成发泡无机物热传导性粉末。

这样的发泡无机物热传导性粉末在约1000℃以上的高温环境下也能够具有稳定的不燃性，并能够具有优秀的放射率、吸热及发热性能。

氮化硼是即使在约1000℃以上的高温环境下也具有优秀的散热性能及伸缩性的物质。

碳化硅即使在约1500℃的高温环境下也能够具有优秀的耐热性、耐氧化性、耐腐蚀性，并且热传导率优秀，并且机械的耐久性也能够优秀。碳化硅例如可以是纯度较高的绿碳化硅(green carbide)。

氧化铝(Al₂O₃)即使在约1500℃的高温环境下也能够稳定，并能够具有优秀的耐火性能。

氮化铝即使在约1700℃的高温环境下也能够稳定，并且热传导性优秀，电气方面具有绝缘性。

包括氮化硼(BN)、碳化硅(SiC)、氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)中一个以上和发泡无机物热传导性粉末的功能助剂在约1000℃以上的高温环境下能够使得热传导性组合物的吸热、发热及效率性能提高，并能够使得适用热传导性组合物的材料的放射率提高。

功能助剂还可包括氧化铁(Fe₂O₃)。氧化铁能够使得热传导性组合物的放射率提高，并能够切断电磁波。

此外，功能助剂可以额外包括石墨(graphite)、石墨烯(graphene)、碳纳米管(carbon nano tube)、碳纤维(carbon fiber)等碳类物质中的一个以上。

石墨能够使得热传导性组合物真空状态下的耐久性及耐热性提升，石墨烯或碳纳米管能够使得热传导性提升，并且碳纤维能够使得热传导性及放射性能提升。

功能助剂还可包括碳化硼(B₄C)、氮化硅(Si₃N₄)、二氧化锆(ZrO₂)、二氧化钛(TiO₂)、过氧化锌(ZnO₂)、氮化锆(ZrN)中的一个以上。

在此，碳化硼或氮化硅能够提升放射性能、耐热性、热传导性等，二氧化锆能够将耐火性能提升至1800℃，并且二氧化钛能够提升耐腐蚀性及遮盖力，过氧化锌能够执行荧光颜料的功能，并且氮化锆能够提升热传导性组合物的耐腐蚀性。

热传导性组合物可以包括通常使用的偶联(coupling)剂、分散剂、沉降防止剂、裂缝(crack)防止剂、附着增强剂中的一个以上。在此，可包括偶联剂约0.2至约1重量％、分散剂约0.2至约1重量％、沉降防止剂约0.2至约1重量％、裂缝(crack)防止剂约0.2至约1重量％、附着增强剂约0.2至约1重量％。

热传导性组合物的粘合剂还可包括硅酸铝(aluminium silicate)。硅酸铝是环保材料，完全没有类似于铅、镉等有害重金属且挥发性有机化合物(VOCs)及毒性，熔融点为约1800℃的不燃材料，被膜的压缩强度大约为3,000N/cm²，实现为非常坚硬的结构，从而能够提升热传导性组合物的耐久性。

此时，以整体粘合剂为基准，硅酸盐玻璃溶液可以为70～85重量％、异丙醇可以为5～15重量％、硅酸铝可以为5～15重量％，在这样的范围内功能助剂和粘合剂的结合力能够提升。

根据实施例的热传导性组合物收到外部产生的热的供给，从而能够放射远红外线。由此，热传导性组合物可以适用于例如，医疗用红外线照射器、室内园艺用加热器及杀菌器、食品(有机物)干燥器等。

此外，热传导性组合物具有高效的吸热及发热性能，因此能够适用于各种加热器、电加热器、电热器、耐热设备、高温陶瓷材料反应堆、干燥式高炉、焚烧炉、热交换器、厨房器具等。

此外，热传导性组合物具有优秀的散热性能，因此能够适用于空调室外机、通信社中继器、半导体装备、变压器、太阳能发电装备、显示装置、电子电路的芯片、配线、汽车引擎、散热器(radiator)、电池、温-冷空调、散热器(radiator)、CPU、手机、平板计算机、音响(audio)、扬声器(放大器(amp))、武器、飞行器、船舶、宇宙飞行器等，但是并非限定于此。

以下对热传导性组合物的制造方法进行说明。

热传导性组合物的制造方法包括：制造粘合剂的步骤；制造功能助剂的步骤，所述功能助剂包括氮化硼(BN)、碳化硅(SiC)、氧化铝(Al₂O₃)及氮化铝(AlN)中一个以上和发泡无机物热传导性粉末；将功能助剂混合于粘合剂的步骤。

针对制造发泡无机物热传导性粉末的方法在前面记述了，制造粘合剂的步骤包括：向蒸馏水添加甲酸或乙酸，从而将pH调节为约4.3至约4.5，并进行一次搅拌的步骤；添加硅酸盐玻璃溶液，分4至10次添加硅烷(SiH₄)，并进行约2小时至约4小时的二次搅拌步骤；使得二次搅拌的混合物在常温下进行约4小时至约12小时的熟化步骤；添加异丙醇(isopropyl alcohol)从而使得反应中断的步骤。

首先，执行一次搅拌步骤。是向蒸馏水添加甲酸从而将pH调节为4.3至4.5的步骤，在这样的pH范围内能够提升反应速度。

接下来，在二次搅拌步骤中，分为4至10次添加硅烷，硅烷添加得越多，延性越小，硅烷添加得越少越柔韧(flexible)。不分开添加硅烷时，硅烷之间可能相互凝结。硅酸盐玻璃溶液例如可以是硅胶(colloidal silica)，但是并非限定于此。

之后，经过熟化步骤，添加作为反应抑制剂的异丙醇，从而中断反应。

根据实施例的热传导性组合物及其的制造方法能够在约1000℃以上的高温环境下提升吸热、发热及效率性能，能够提升适用组合物的材质的放射率，并因为不含有有害物质，所以能够减少对人体的有害性。

以下，虽然举了实施例及实验例的例子来对本发明进行更详细的说明，但是这只是为了说明的便利而进行的，本发明并非受到以下实施例及实验例的限定。

Claims (7)

1.一种热传导性组合物，其包括：

功能助剂，其包括氮化硼、碳化硅、氧化铝及氮化铝中一个以上和发泡无机物热传导性粉末；

粘合剂，其包括硅酸盐玻璃溶液和异丙醇,

所述发泡无机物热传导性粉末是通过向第一组合物添加硅并使其凝固及发泡后进行粉碎而制造的，所述第一组合物在蒸馏水100重量％的时候包括基础溶液4～9重量％、氧化钠14～21重量％、二氧化硅45～56重量％、氧化铁0.03～0.07重量％、分散剂0.3～0.9重量％、碳酸镁1.6～5.2重量％、甲基硅酸钾3～9重量％，所述基础溶液包括硝酸和镁成分。

2.根据权利要求1所述的热传导性组合物，

所述功能助剂还包括氧化铁。

3.根据权利要求2所述的热传导性组合物，

所述功能助剂还包括石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维中的一个以上。

4.根据权利要求1所述的热传导性组合物，

所述功能助剂还包括碳化硼、氮化硅、二氧化锆、二氧化钛、过氧化锌、氮化锆中的一个以上。

5.根据权利要求4所述的热传导性组合物，

还包括偶联剂、分散剂、沉降防止剂、裂缝防止剂、附着增强剂中的一个以上。

6.根据权利要求1所述的热传导性组合物，

所述粘合剂还包括硅酸铝,

在所述粘合剂中，以所述粘合剂整体为基准，所述硅酸盐玻璃溶液为70～85重量％、所述异丙醇为5～15重量％、所述硅酸铝为5～15重量％。

7.一种热传导性组合物的制造方法，其包括:

制造粘合剂的步骤；

制造功能助剂的步骤，所述功能助剂包括氮化硼、碳化硅、氧化铝及氮化铝中一个以上和发泡无机物热传导性粉末；

将功能助剂混合于所述粘合剂的步骤，

制造所述粘合剂的步骤包括：

向蒸馏水添加甲酸或乙酸，从而将pH调节为4.3至4.5，并进行一次搅拌的步骤；

添加硅酸盐玻璃溶液，分4至10次添加硅烷，并进行2小时至4小时的二次搅拌步骤；

使得二次搅拌的混合物在常温下进行4至12小时的熟化步骤；

添加异丙醇从而使得反应中断的步骤，

在制造所述功能助剂的步骤中，

所述发泡无机物热传导性粉末是通过向第一组合物添加硅并使其凝固及发泡后进行粉碎而制造的，所述第一组合物在蒸馏水100重量％的时候包括基础溶液4～9重量％、氧化钠14～21重量％、二氧化硅45～56重量％、氧化铁0.03～0.07重量％、分散剂0.3～0.9重量％、碳酸镁1.6～5.2重量％、甲基硅酸钾3～9重量％，所述基础溶液包括硝酸和镁成分。

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