CN113184886A

CN113184886A - 一种高导热球形氧化铝的制备方法及产品

Info

Publication number: CN113184886A
Application number: CN202110398597.XA
Authority: CN
Inventors: 郭洪; 杨强; 王石平; 胥儒涛
Original assignee: Yaan Bestry Performance Materials Corp
Current assignee: Yaan Bestry Performance Materials Corp
Priority date: 2021-04-14
Filing date: 2021-04-14
Publication date: 2021-07-30
Anticipated expiration: 2041-04-14
Also published as: CN113184886B

Abstract

本发明提供一种高导热球形氧化铝的制备方法及产品，该方法包括以下步骤：将添加剂按重量比例加入普通球形氧化铝中，混合均匀后得到初级产品；所述普通球形氧化铝含水量＜1%、α相含量＜90%；将初级产品投入高温炉中于1250～1600℃温度条件下煅烧8～22h后冷却，得到中间产品；将中间产品放入破碎机中研磨打散，得到最终产品。本方法以普通球形氧化铝为原料，通过加入添加剂后依次经过高温煅烧和研磨破碎，可以制备得到α相含量为100%的高导热球形氧化铝产品，作为导热填料所得制品的导热率＞6W/(m·K)，制品性能尤其是导热率得到了有效提高。

Description

一种高导热球形氧化铝的制备方法及产品

技术领域

本发明属于球形氧化铝制备技术领域，具体涉及一种高导热球形氧化铝的制备方法及产品。

背景技术

随着电子行业和新能源汽车的发展，相关电子器件功率大幅度提升，散热能力要求也在提升，对散热填料球形氧化铝的导热率需求也进一步提高。

目前，市面上采用普通球形氧化铝制作的导热垫片或者凝胶等制品，导热率一般在2～5W/(m·K)左右，更换粒径大一点的球形氧化铝来制作，导热率可以做到4～5W/(m·K)，要达到6W/(m·K)以上比较困难。但是，很多客户需要制作导热率为6W/(m·K)以上的垫片或者凝胶等制品，则需要高导热球形氧化铝作为填料，而现有球形氧化铝已经无法满足相关产品的需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高导热球形氧化铝的制备方法及产品，该方法以普通球形氧化铝为原料，通过加入添加剂后依次经过高温煅烧和研磨破碎，可以制备得到α相含量为100%的高导热球形氧化铝产品，以此为填料可制备出导热率＞6W/(m·K)的导热垫片或者凝胶等制品。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明首先公开了一种高导热球形氧化铝的制备方法，包括以下步骤：

S1、原料混合

将添加剂按重量比例加入普通球形氧化铝中，混合均匀后得到初级产品；所述普通球形氧化铝含水量＜1%、α相含量＜90%；

S2、高温煅烧

将初级产品投入高温炉中于1250～1600℃温度条件下煅烧8～22h后冷却，得到中间产品；

S3、研磨打散

将中间产品放入破碎机中研磨打散，得到最终产品。

在本申请公开的一个实施例中，所述步骤S1中的添加剂的重量比例为0～5.0%。

在本申请公开的一个实施例中，所述添加剂为镁盐、硼化物及稀土氧化物中的一种或者几种。

在本申请公开的一个实施例中，当所述添加剂为镁盐、硼化物及稀土氧化物三种物质的混合物时，它们各自的重量比例为4～6:2～4:1～3。

在本申请公开的一个实施例中，所述步骤S3中的破碎机为气流磨。

在本申请公开的一个实施例中，所述气流磨的工艺条件为：工作压力为0.1～0.3MPa。

本发明还公开了一种高导热球形氧化铝产品，按照上述高导热球形氧化铝的制备方法制得，其α相含量为100%。

在本申请公开的一个实施例中，所述高导热球形氧化铝产品作为导热填料所得制品的导热率＞6W/(m·K)。

通过上述技术方案的启示可知，可归纳出本发明的有益效果是：

以普通球形氧化铝为原料，在与0～5.0%wt的添加剂混合后依次经过1250℃～1600℃的高温煅烧和气流磨研磨破碎，可以制备得到α相含量为100%的高导热球形氧化铝产品，以此为导热填料所得的制品导热率＞6W/(m·K)，制品性能尤其是导热率得到了有效提高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为普通球形氧化铝的SEM检测图；

图2为采用本发明中的方法通过实施例12制备的高导热球形氧化铝的SEM检测图；

图3为本发明所公开的制备方法操作步骤示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的步骤进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

本发明提供了一种高导热球形氧化铝的制备方法，按图3所示的工序，以普通球形氧化铝为原料，经过与添加剂M混料后投入高温炉中高温煅烧，最后再经过气流磨研磨打散，制得100%α相的球形氧化铝，提高了导热率，对客户制作高导热垫片和凝胶能够起到很大作用。具体地，包括以下步骤：

S1、原料混合

将添加剂M按0～5.0%wt（重量比）加入原料普通球形氧化铝中，混合均匀后得到初级产品。

其中，普通球形氧化铝原料的指标为：含水量＜1%，α相含量＜90%，D50范围：5～150μm。添加剂M可以是镁盐、硼化物及稀土氧化物中的一种或者几种，添加剂M加入到原料中用于辅助晶粒发育、增大晶粒，减少晶界热阻，具体体现在最终导热效果上面；当添加剂M为镁盐、硼化物及稀土氧化物三种物质的混合物时，它们各自的重量比例为4～6:2～4:1～3，但总比重不得超过原料的5.0%。

S2、高温煅烧

将初级产品投入高温炉中于1250～1600℃温度条件下煅烧8～22h后冷却，得到中间产品。

S3、研磨打散

将中间产品放入破碎机中研磨打散，得到最终产品高导热的球形氧化铝，α相含量为100%，D50范围：5～150μm。其中，破碎机为气流磨；气流磨的工艺条件为：工作压力为0.1～0.3MPa。

以上所述方法的具体依据是：α相是氧化铝的高温稳定相，即所有氧化铝经过高温最终都会转向α晶相，且α晶相晶格排列最致密，根据声子传热原理，此时导热能力最好。但是，普通球形氧化铝在制造过程中，氧化铝颗粒经过高温火焰瞬间熔融，时间极为短暂，原晶格被液化破坏后，来不及重组成α晶格，所以一般普通球形氧化铝的晶相并不是纯的α晶相，存在其他过渡相。而通过后期的高温处理，可以让这种晶相全部向α晶相转化。

以下利用具体的实施例对本发明作进一步详细的解释和说明，但这些实施例并不对本发明的范围进行任何限定。以下所有实施例采用的原料均为含水量＜1%，α相含量＜90%，D50范围在5～150μm的普通球形氧化铝，重量为100Kg。

实施例1：

首先将100Kg、D50为70μm的普通球形氧化铝在不加入任何添加剂M的情况下投入高温炉中以1250℃的高温煅烧8h后冷却，得到中间产品；然后将中间产品放入气流磨在0.1MPa的工作压力下研磨得到最终产品高导热的球形氧化铝，经检测：α相含量100%，D50为70μm，以此为填料所得的导热垫片制品导热率为6.1W/(m·K)。

实施例2：

首先将100Kg、D50为70μm的普通球形氧化铝在不加入任何添加剂M的情况下投入高温炉中以1400℃的高温煅烧15h后冷却，得到中间产品；然后将中间产品放入气流磨在0.2MPa的工作压力下研磨得到最终产品高导热的球形氧化铝，经检测：α相含量100%，D50为70μm，以此为填料所得的导热垫片制品导热率为6.2W/(m·K)。

实施例3：

首先将100Kg、D50为70μm的普通球形氧化铝在不加入任何添加剂M的情况下投入高温炉中以1600℃的高温煅烧22h后冷却，得到中间产品；然后将中间产品放入气流磨在0.3MPa的工作压力下研磨得到最终产品高导热的球形氧化铝，经检测：α相含量100%，D50为70μm，以此为填料所得的凝胶制品导热率为6.5W/(m·K)。

实施例4：

首先将100Kg、D50为90μm的普通球形氧化铝在加入50g添加剂氯化镁的情况下投入高温炉中以1250℃的高温煅烧8h后冷却，得到中间产品；然后将中间产品放入气流磨在0.1MPa的工作压力下研磨得到最终产品高导热的球形氧化铝，经检测：α相含量100%，D50为90μm，以此为填料所得的凝胶制品导热率为6.1W/(m·K)。

实施例5：

首先将100Kg、D50为90μm的普通球形氧化铝在加入50g添加剂硼酸的情况下投入高温炉中以1400℃的高温煅烧15h后冷却，得到中间产品；然后将中间产品放入气流磨在0.2MPa的工作压力下研磨得到最终产品高导热的球形氧化铝，经检测：α相含量100%，D50为90μm，以此为填料所得的导热垫片制品导热率为6.3W/(m·K)。

实施例6：

首先将100Kg、D50为90μm的普通球形氧化铝在加入50g添加剂氧化钕的情况下投入高温炉中以1600℃的高温煅烧22h后冷却，得到中间产品；然后将中间产品放入气流磨在0.3MPa的工作压力下研磨得到最终产品高导热的球形氧化铝，经检测：α相含量100%，D50为90μm，以此为填料所得的导热垫片制品导热率为6.6W/(m·K)。

实施例7：

首先将100Kg、D50为120μm的普通球形氧化铝在加入2.5Kg添加剂碳酸镁的情况下投入高温炉中以1250℃的高温煅烧8h后冷却，得到中间产品；然后将中间产品放入气流磨在0.1MPa的工作压力下研磨得到最终产品高导热的球形氧化铝，经检测：α相含量100%，D50为120μm，以此为填料所得的凝胶制品导热率为6.2W/(m·K)。

实施例8：

首先将100Kg、D50为120μm的普通球形氧化铝在加入2.5Kg添加剂硼砂的情况下投入高温炉中以1400℃的高温煅烧15h后冷却，得到中间产品；然后将中间产品放入气流磨在0.2MPa的工作压力下研磨得到最终产品高导热的球形氧化铝，经检测：α相含量100%，D50为120μm，以此为填料所得的凝胶制品导热率为6.4W/(m·K)。

实施例9：

首先将100Kg、D50为120μm的普通球形氧化铝在加入2.5Kg添加剂氧化铈的情况下投入高温炉中以1600℃的高温煅烧22h后冷却，得到中间产品；然后将中间产品放入气流磨在0.3MPa的工作压力下研磨得到最终产品高导热的球形氧化铝，经检测：α相含量100%，D50为120μm，以此为填料所得的导热垫片制品导热率为6.7W/(m·K)。

实施例10：

首先将100Kg、D50为150μm的普通球形氧化铝在加入5Kg添加剂（由4份碳酸镁、2份硼砂、1份氧化铈按重量比例混合而成）的情况下投入高温炉中以1250℃的高温煅烧8h后冷却，得到中间产品；然后将中间产品放入气流磨在0.1MPa的工作压力下研磨得到最终产品高导热的球形氧化铝，经检测：α相含量100%，D50为150μm，以此为填料所得的导热垫片制品导热率为6.3W/(m·K)。

实施例11：

首先将100Kg、D50为150μm的普通球形氧化铝在加入5Kg添加剂（由5份氯化镁、3份硼酸、2份氧化钕按重量比例混合而成）的情况下投入高温炉中以1400℃的高温煅烧15h后冷却，得到中间产品；然后将中间产品放入气流磨在0.2MPa的工作压力下研磨得到最终产品高导热的球形氧化铝，经检测：α相含量100%，D50为150μm，以此为填料所得的凝胶制品导热率为6.6W/(m·K)。

实施例12：

首先将100Kg、D50为150μm的普通球形氧化铝在加入5Kg添加剂（由6份碳酸镁、4份硼砂、3份氧化钕按重量比例混合而成）的情况下投入高温炉中以1600℃的高温煅烧22h后冷却，得到中间产品；然后将中间产品放入气流磨在0.3MPa的工作压力下研磨得到最终产品高导热的球形氧化铝，经检测：α相含量100%，D50为150μm，以此为填料所得的凝胶制品导热率为7.0W/(m·K)。

从以上实施例可以看出，普通球形氧化铝在经过1250～1600℃的高温煅烧和气流磨研磨后，其粒径范围基本不受影响，而α相含量及制品导热率均有所提高，并且与煅烧温度、添加剂M的加入量成一定的正比关系。

为了验证最终产品高导热球形氧化铝的性能变化与煅烧温度、添加剂M的加入量有关系，特意进行了以下几组对比实验。

对比例1：

首先将100Kg、D50为100μm的普通球形氧化铝在不加入任何添加剂M的情况下投入高温炉中以1200℃的高温煅烧8～22h后冷却，得到中间产品；然后将中间产品放入气流磨在0.1～0.3MPa的工作压力下研磨得到最终产品，经检测：α相含量90.1%，D50为100μm，以此为填料所得的导热垫片制品导热率为4.5W/(m·K)。

对比例2：

首先将100Kg、D50为100μm的普通球形氧化铝在加入5Kg添加剂（由5份氯化镁、3份硼酸、2份氧化钕按重量比例混合而成）的情况下投入高温炉中以1200℃的高温煅烧8～22h后冷却，得到中间产品；然后将中间产品放入气流磨在0.1～0.3MPa的工作压力下研磨得到最终产品，经检测：α相含量91.6%，D50为100μm，以此为填料所得的凝胶制品导热率为4.8W/(m·K)。

对比例3：

首先将100Kg、D50为100μm的普通球形氧化铝在不加入任何添加剂M的情况下投入高温炉中以1650℃的高温煅烧8～22h后冷却，得到中间产品；然后将中间产品放入气流磨在0.1～0.3MPa的工作压力下研磨得到最终产品，经检测：α相含量100%，D50为113μm，以此为填料所得的导热垫片制品导热率为5.1W/(m·K)。

对比例4：

首先将100Kg、D50为100μm的普通球形氧化铝在加入5Kg添加剂（由5份碳酸镁、3份硼砂、2份氧化钕按重量比例混合而成）的情况下投入高温炉中以1650℃的高温煅烧8～22h后冷却，得到中间产品；然后将中间产品放入气流磨在0.1～0.3MPa的工作压力下研磨得到最终产品，经检测：α相含量100%，D50为121μm，以此为填料所得的凝胶制品导热率为5.6W/(m·K)。

将以上所有实施例与对比例进行性能对比，汇总情况如下表1所示：

表1-实施例与对比例性能对比汇总

从表中可以看出，采用实施例中方法制备的球形氧化铝，α相含量均达到100%，以此为填料所得的制品导热率在6.0W/(m·K)以上，最高可达7.0W/(m·K)，较普通球形氧化铝制品导热率有明显提高。

通过实施例与对比例的相互比较，当煅烧温度低于1250℃时，无论在普通球形氧化铝中加入多少添加剂M，制得的最终产品的α相含量无法达到100%，其制品导热率提高不明显；当煅烧温度高于1600℃时，最终产品的α相含量可以达到100%，但由于温度过高，导致煅烧粘接，难于破碎，粒径变动，其制品导热率没有得到有效提高；反之，不管是否加入添加剂M，对普通球形氧化铝的煅烧温度低于1250℃或者高于1600℃时，通过最终产品所得的制品导热率性能改观也不大。即说明，最终产品高导热球形氧化铝的性能变化尤其是其制品导热率受与煅烧温度的影响最大，而受添加剂M的加入量的影响次之。因此，本发明优选控制煅烧温度在1250～1600℃。

采用实施例8制备的球形氧化铝产品通过电镜检测的结果如图2所示，与普通球形氧化铝的电镜检测结果（图1）相比，α相晶相含量更高，晶粒长大，清晰可见。

综上所述，本发明以普通球形氧化铝为原料，在与0～5.0%wt的添加剂M混合后依次经过1250℃～1600℃的高温煅烧和气流磨研磨破碎，可以制备得到α相含量为100%的高导热球形氧化铝产品，以此为填料可制备出导热率＞6W/(m·K)的导热垫片或者凝胶等制品，制品性能尤其是导热率得到了有效提高，而且本发明工序简单，操作方便。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims

1.一种高导热球形氧化铝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、原料混合

S2、高温煅烧

S3、研磨打散

将中间产品放入破碎机中研磨打散，得到最终产品。

2.根据权利要求1所述的高导热球形氧化铝的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，添加剂的重量比例为0～5.0%。

3.根据权利要求1或2所述的高导热球形氧化铝的制备方法，其特征在于，所述添加剂为镁盐、硼化物及稀土氧化物中的一种或者几种。

4.根据权利要求3所述的高导热球形氧化铝的制备方法，其特征在于，当所述添加剂为镁盐、硼化物及稀土氧化物三种物质的混合物时，它们各自的重量比例为4～6:2～4:1～3。

5.根据权利要求1所述的高导热球形氧化铝的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的破碎机为气流磨。

6.根据权利要求5所述的高导热球形氧化铝的制备方法，其特征在于，所述气流磨的工艺条件为：工作压力为0.1～0.3MPa。

7.一种高导热球形氧化铝产品，其特征在于，该产品按照权利要求1～6中任意一项所述的高导热球形氧化铝的制备方法制得，其α相含量为100%。

8.根据权利要求7所述的高导热球形氧化铝产品，其特征在于，所述高导热球形氧化铝产品作为导热填料所得制品的导热率＞6W/(m·K)。