CN113801478B - 一种导热系数较高、粘度低的导热膏及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导热系数较高、粘度低的导热膏及其制备方法，该导热膏，按质量百分比计，包括：基体5％～40％、表面处理剂0％～4％及余量的导热粉体。制备的导热膏具有良好的导热系数和较低的粘度。可适用于芯片、汽车等具有较高换热需求的行业。

Description

一种导热系数较高、粘度低的导热膏及其制备方法
技术领域
本发明涉及导热膏及其制备方法，特别涉及一种导热系数较高、粘度低的导热膏及其制备方法。
背景技术
随着现代电子信息技术的发展，在日常的生活中所涉及的电子设备，手机、平板电脑等电子设备都趋向于大功率、小型化发展。而这种发展趋势对于散热提出了更高的要求。有数据表明，由于过热引起的CPU失效占CPU失效总数的比例高达55％，因此增强电子元件散热性能是十分重要的工作。
在理想的散热状态中，热源和散热器能够紧密的贴合在一起，这样能使热源传输更多的热量，但是在现实环境中，热源与散热器间会存在一些缝隙，其中存有空气，而空气的导热系数仅为0.026W/m·K，是热的不良导体，从而影响传热效果。因此需要研究多种类型的热界面材料来填补热源和散热器间的微观空隙及表面凹凸不平的孔洞，从而减少传热的阻抗，提高系统散热能力。
导热膏是一种常见的热界面材料。通常导热膏是基体和一系列新型金属氧化物、石墨、陶瓷材料等导热填料组成的膏状物。导热填料之间相互形成的导热网络赋予导热膏优秀的导热性能。根据经验，在导热膏中加入高填充量的粉体，能够快速增加导热系数，但是随着导热粉体的不断加入，导热膏的粘度也会急速上升，以至于导热膏的涂覆性、浸润性、与界面的形状配合性降低，反而会导致导热膏使用时的接触热阻抗增大。由此看来，一款性能优秀的导热膏，不仅仅需要具备较高的导热系数，同时也需要具备良好的粘度。目前业内主要目光集中于导热系数，对于粘度的关注比较少。
发明内容
发明目的：本发明提供一种导热系数较高、粘度较低的导热膏。
本发明另一目的是提供所述导热系数较高、粘度较低的导热膏的制备方法。
技术方案：本发明所述的导热系数较高、粘度低的导热膏，按质量百分比计，包括：基体5％～40％、表面处理剂0％～4％及余量的导热粉体。
优选地、基体为有机聚硅氧烷体系，在25℃时，基体有机硅氧烷粘度5～5000cps。有机聚硅氧烷体系包括乙烯基硅油、二甲基硅油、氨基硅油及苯基硅油中的一种或多种。表面处理剂为硅烷偶联剂、硅烷交联剂、钛酸酯偶联剂及铝酸酯偶联剂中的一种或多种。导热粉体为氧化铝、氮化铝、氧化锌和氮化硼粉体的一种或多种。
优选地，导热粉体的粒径分布在0.5～200μm，粒径分布在90～200μm的大粒径粉体占所有复合粉体的0％～85％；粒径分布在10～90μm中粒径粉体占0～85％；粒径分布在0.5～10μm的小粒径粉体，粉体占0％～85％。导热粉体形貌为球状、类球状、四足状和片状的一种或多种。
所述的导热系数较高、粘度低的导热膏的制备方法，包括以下：将导热粉体与表面处理剂混合，得到复合导热粉料，将复合导热粉体与基体一步或多步混合，真空除泡。
优选地，所述的氧化铝粉体形状选择球状，氧化锌选择四足状。所述的大粒径填料选氧化铝，粒径范围在90～180μm。所述的中粒径粉体选择氧化铝，粒径范围在10～60μm。所述的小粒径粉体选择氧化锌粒径范围在0.5～5μm。
优选地，复合粉体与基体混合后粉料含量占总质量的60％～95％。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下优势：
1、采用的球状氧化铝粉体，球状粉体相对于非球状粉体，粉体间的摩擦更小，能够具有更好的流动性。
2、采用不同粒径的导热粉体进行复配混合，其不同大小的粒径粉体相对于单一粒径的粉体，填充更加紧密，能够产生更多的导热网络，从而体现出更为优越的导热性能。
具体实施方式
实施例1
本实施例导热膏制备：
(1)分别称量质量为45g的大粒径球形氧化铝，粒径分布在90～180μm，27g中粒径球形氧化铝，粒径分布在10～60μm，18g四足状氧化锌，粒径分布0.5～5μm，投入行星搅拌器内混合均匀。
(2)在上述复合粉体中加入0.9g的KH560硅烷偶联剂后，进行混合，搅拌转速40rpm/min，分散转速2000rpm/min，时间为1h，制备改性的导热粉体。
(3)在空的行星搅拌罐内添加15g的二甲基硅油，加入上述制备改性导热粉体，进行混合，搅拌转速40rpm/min分散转速2000rpm/min，保持罐内真空度-0.02MPa，时间为3h。
实施例2
本实施例导热膏制备：
(1)分别称量质量为54g的中粒径球形氧化铝，粒径分布在10～60μm，36g四足状氧化锌，粒径分布0.5～5μm，投入行星搅拌器内混合均匀。
(2)在上述复合粉体中加入0.9g的KH560硅烷偶联剂后，进行混合，搅拌转速40rpm/min，分散转速2000rpm/min，时间为1h，制备改性的导热粉体。
(3)在空的行星搅拌罐内添加15g的二甲基硅油，加入全部的上述改性导热粉体，进行混合，搅拌转速40rpm/min，分散转速2000rpm/min，保持罐内真空度-0.02MPa，时间为3h。
实施例3
本实施例导热膏制备：
(1)分别称量质量为18g的大粒径球形氧化铝，粒径分布在90～180μm，54g中粒径球形氧化铝，粒径分布在10～60μm，18g四足状氧化锌，粒径分布0.5～5μm，投入行星搅拌器内混合均匀。
(2)在上述复合粉体中加入0.9g的KH560硅烷偶联剂后，进行混合，搅拌转速40rpm/min，分散转速2000rpm/min，时间为1h，制备改性的导热粉体。
(3)在空的行星搅拌罐内添加15g的二甲基硅油，加入上述制备改性导热粉体，进行混合，搅拌转速40rpm/min，分散转速2000rpm/min，保持罐内真空度-0.02MPa，时间为3h。
实施例4
本实施例导热膏制备：
(1)分别称量质量为54g的大粒径球形氧化铝，粒径分布在90～180μm，18g中粒径球形氧化铝，粒径分布在10～60μm，18g四足状氧化锌，粒径分布0.5～5μm，投入行星搅拌器内混合均匀。
(2)在上述复合粉体中加入0.9g的KH560硅烷偶联剂后，进行混合，搅拌转速40rpm/min，分散转速2000rpm/min，时间为1h，制备改性的导热粉体。
(3)在空的行星搅拌罐内添加15g的二甲基硅油，加入上述制备改性导热粉体，进行混合，搅拌转速40rpm/min分散转速2000rpm/min，保持罐内真空度-0.02MPa，时间为3h。
实施例5
本实施例导热膏制备：
(1)分别称量质量为18g的大粒径球形氧化铝，粒径分布在90～180μm，18g中粒径球形氧化铝，粒径分布在10～60μm，54g四足状氧化锌，粒径分布0.5～5μm，投入行星搅拌器内混合均匀。
(2)在上述复合粉体中加入0.9g的KH560硅烷偶联剂后，进行混合，搅拌转速40rpm/min，分散转速2000rpm/min，时间为1h，制备改性的导热粉体。
(3)在空的行星搅拌罐内添加15g的二甲基硅油，加入上述制备改性导热粉体，进行混合，搅拌转速40rpm/min，分散转速2000rpm/min，保持罐内真空度-0.02MPa，时间为3h。
对比例1
(1)分别称量质量为90g的大粒径球形氧化铝，粒径分布在90～180μm。
(2)在上述复合粉体中加入0.9g的KH560硅烷偶联剂后，进行混合，搅拌转速40rpm/min，分散转速2000rpm/min，时间为1h，制备改性的导热粉体。
(3)在空的行星搅拌罐内添加15g的二甲基硅油，加入上述制备改性导热粉体，进行混合，搅拌转速40rpm/min，分散转速2000rpm/min，保持罐内真空度-0.02MPa，时间为3h。
对实施例1～5和对比例1进行导热系数和粘度进行测试，结果如表1所示：
表1粉体粒径和比例对导热膏性能影响
Figure BDA0003308069970000041
比较施例1～5和对比例1，可以发现采用大、中、小三种不同粒径的导热粉体制备的导热膏导热性能要明显优于单一粒径粉体制备的导热膏。这是由于不同级别粒径的相互混合，在导热膏内能够形成较为紧密的填充，产生更多的导热通路，提高导热性能。
对比实施例4～5不难发现，小粒径氧化锌填入过多粘度明显增大，这是由于四足状的氧化锌相比与球状的氧化铝，在膏体中摩擦更大，导致粘度更大。
从实施例1～5可以看出，可以发现合适的粒径配比对于导热膏粘度与导热系数是具有十分积极的影响。其中实施例1中，大、中、小，导热粉体粒径配比为5∶3∶2时体现出较为优秀的导热和粘度性能。

Claims (4)

1. 一种导热系数较高、粘度低的导热膏，其特征在于：按质量百分比计，包括：基体5%～40%、表面处理剂0%～4%及余量的导热粉体；所述导热粉体由三种不同粒径的粉体组成，粒径分布在90~180 μm的大粒径氧化铝粉体占所有复合粉体的50%；粒径分布在10~60 μm的中粒径氧化铝粉体占30%；粒径分布在0.5~5 μm的小粒径氧化锌粉体占20%；所述的氧化铝粉体形状为球状，氧化锌粉体形状为四足状。
2.根据权利要求1所述的导热系数较高、粘度低的导热膏，其特征在于：基体为有机聚硅氧烷体系，在25℃时，有机硅氧烷粘度5~5000cps。
3.根据权利要求2所述的导热系数较高、粘度低的导热膏，其特征在于：有机聚硅氧烷体系包括乙烯基硅油、二甲基硅油、氨基硅油及苯基硅油中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的导热系数较高、粘度低的导热膏，其特征在于：表面处理剂为硅烷偶联剂、硅烷交联剂、钛酸酯偶联剂及铝酸酯偶联剂中的一种或多种。
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