导热硅胶用氧化铝填料效果差吗？这还不够好?

　　导热硅胶用氧化铝填料效果差吗？这还不够好?
　　随着电子工业的发展，电子元器件和集成电路趋于密集和小型化，“热”成为电器的一大敌。为了Z大限度地避免散热不良导致的电气故障，一般在电子产品发热元件与散热设施的接触面上涂上导热硅胶。
　　因过热而损坏的芯片
　　导热硅胶是一种具有一定柔韧性、优异的绝缘性、可压缩性和表面自然粘性的产品，是专门为通过缝隙传递热量的设计方案而生产的。它既能填充空隙，完成发热部分与冷却部分之间的传热，又能起到绝缘和减震的作用，满足设备小型化、超薄化的设计要求，厚度适用范围广，因此被广泛用作电子电气产品中优良的导热填充材料。
　　但普通硅胶是热的不良导体，需要添加合适的导热填料来提高其导热性能。在无机非金属导热绝缘粉末填料中，氧化铝不仅具有良好的绝缘性能，而且具有很高的导热系数(室温下的导热系数为30w/m·k)，因此成为Z常用的导热填料之一，具有各种优点。
　　但说导热性能好，其实还远远谈不上“好”(比如氮化铝的导热性能是150 W/m·k，至少是它的5倍)，氧化铝z好的地方应该是它的性价比。为了不失去这种优势，同时提高氧化铝的应用优势，须在原料不变的前提下，尽量提高硅胶的导热性能。有两个主要的可选方向。一是填料能在基体中形成导热链或导热网；二是提高氧化铝填料本身的导热性能。

　　一，热传导网络的形成
　　根据热力学，热传导是指热能以振动能的形式传递，即物质内部的微观粒子相互碰撞传递。由于硅胶是由不对称性链组成的高分子材料，整个分子链不能完全移动，只有原子、基团或链可以振动，所以其导热系数很低，是热的不良导体。只有填充高导热系数的填料，才能提高材料的导热系数。
　　当填料加入量较小时，填料在硅胶基体中的分布呈岛状，此时导热系数增加不多。为了提高导热绝缘硅胶的导热性能，需要增加氧化铝在硅胶中的填充量，使氧化铝颗粒在材料中形成导热通道。但盲目增加氧化铝的填充量会影响硅胶体系的工艺性能和产品性能——一般来说，氧化铝填充到导热材料中，随着填充量的增加，导热材料的抗拉强度和硬度会逐渐增加，而材料的柔韧性会逐渐变差，其断裂伸长率会不断降低。这是因为当氧化铝填充到聚合物复合材料中时，氧化铝粉末起到了增强基体的作用。
　　因此，在制备高导热绝缘硅胶材料时，不能单纯通过增加填充量来提高导热性能，因为导热绝缘硅胶不仅要求材料的导热性能，还要求材料具有粘性、可压缩性和柔韧性。要想进一步提高导热硅胶材料的热导率，就须提高氧化铝填料本身的性能。此外，通过使用不同粒径和形状的导热填料以及不同类型的导热填料，也可以发挥各种填料的特性，提高材料的导热性能，降低成本。
　　粘度、可压缩性和柔韧性对于导热硅胶同样重要。
　　二，提高氧化铝本身的导热性能。
　　为了提高氧化铝本身的热导率，需要提高晶体的结晶度和密度，所以氧化铝填料须具有较高的α相含量，因为α相氧化铝具有六方结构，是氧化铝变体中Z致密的结构。此外，α相纳米氧化铝还具有高硬度、高强度、耐热、耐腐蚀等特点，其制备有多种工艺路线，主要包括以下几种:
　　1.化学热解
　　化学热解包括铵明矾热解、碳酸铝铵热解和喷雾热解。
　　(1)铵明矾热解是将硫酸铝铵溶液与硫酸铵反应制得铵明矾，然后加热分解成纳米氧化铝。这种方法工艺简单，但难以实现规模化生产。
　　(2)改进的铵明矾热解法形成了碳酸铝铵热解法。目前已有报道称，铵明矾与碳酸氢铵反应制备碳钠铝石前驱体沉淀，然后在1200℃煅烧制备粒径为15nm的氧化铝粉体。
　　(3)喷雾热解是将金属盐溶液以雾状喷入高温气氛中，使金属盐中的水分蒸发，金属盐热分解，固相析出，直接制备纳米氧化铝陶瓷粉体。
　　2.无定形结晶法
　　这种方法主要是将非晶化合物退火后结晶。该方法可以生产成分准确的纳米材料，纳米氧化铝可以不经成型处理直接从非晶态制备。通过这种方法生产的纳米结构材料的塑性对晶粒尺寸非常敏感。只有颗粒尺寸小，塑性好，否则材料变脆。该方法具有设备简单、收率高、成本低、环境污染小等优点，但产品粒度分布不均匀，易团聚。
　　3.溶胶凝胶法
　　该方法广泛应用于氧化物纳米粉体的制备。其化学过程是原料水解生成活性单体，然后聚合成溶胶，再生成具有一定结构的凝胶，Z后经过干燥和热处理得到纳米粒子。整个反应是一个分子-聚合物-溶胶-凝胶-结晶(或无定形)的过程。
　　溶胶-凝胶法具有反应温度低、晶型和粒径可控、颗粒均匀性高、纯度高、反应过程容易控制、副反应少等优点，但产品团聚问题明显，且以有机物为原料时毒性大、价格昂贵。
　　4.液相沉淀法
　　液相沉淀法是将原料中的有效成分在溶液状态下通过化学反应沉淀出来，然后通过过滤、洗涤、干燥、热分解等过程制备纳米颗粒。它包括直接沉淀、共沉淀和均相沉淀。
　　①直接沉淀法是通过沉淀反应从溶液中制备纳米粒子；
　　(2)共沉淀法是在混合金属盐溶液中加入沉淀剂，使各组分混合沉淀，然后加热分解，得到超细颗粒；
　　③均相沉淀法是利用易缓慢水解的物质作为沉淀剂，利用水解速率来控制颗粒的生长速度，从而获得纳米颗粒的方法。能减少团聚，产品粒度均匀，粒度分布窄，纯度高。
　　沉淀法操作简单，工艺流程短，成本低，但反应易受溶液成分、浓度、温度、时间的控制，不易形成分散颗粒。但近年来，通过引入冷冻干燥、共沸干燥、超临界干燥等工艺，有效解决了难团聚问题，可以制备高质量的纳米粒子。
　　5.反胶束微乳液法
　　该方法是将两种不互溶的溶液中的一种以微小液滴的形式分散在另一相(油相)中，形成微乳液(w/o型)，水相作为氧化物或氢氧化物生成微反应器进行沉淀反应，然后经过洗涤、干燥、煅烧得到纳米氧化铝粉体。
　　反胶束微乳液法操作简单，粒径可以通过改变原料组分来控制，粒径分布窄。所制备的均质异质无机复合粉体对功能陶瓷材料的生产具有重要意义。但产品颗粒过细，给后续分离过程增加了难度。
　　6.溶剂蒸发法
　　首先将金属盐溶液制成微小液滴，快速蒸发溶剂，析出溶质，得到纳米颗粒。溶剂蒸发包括直接干燥、喷雾干燥、冷冻干燥和超临界干燥。
　　①干燥法效率低，质量差，应用受到限制；
　　(2)喷雾干燥法以硝酸铝和碳酸铝铵为原料，操作简单，但硝酸铝分解释放氮氧化物，可能污染环境；
　　③冷冻干燥法产品均匀度好，但成本高；
　　④超临界流体干燥技术以硝酸铝为原料，在无机盐-有机溶剂体系中制备的氧化铝粒径小、孔径大、密度低、表面能高，应用潜力大。
　　此外，氧化铝的形貌对热导率也有不同程度的影响。根据不同的烧结控制，氧化铝的晶体形貌可以是蠕虫状、片状、球状(准球状)等多种形貌。目前高导热绝缘材料中填充的氧化铝形貌主要是球形(类球形)。还有一些研究机构用片状氧化铝制作高导热绝缘硅橡胶复合材料。
　　球形氧化铝和片状氧化铝
　　总之，氧化铝作为导热绝缘硅胶的填料，其晶体形貌和粒度分布会对导热绝缘硅胶材料的导热性能和产品性能产生很大的影响。因此，为了提高复合材料的导热性能，控制氧化铝的性能指标至关重要。