Mit der Entwicklung der Elektronikindustrie sind elektronische Komponenten und integrierte Schaltkreise in der Regel dicht und miniaturisiert, und "Wärme" ist zum Hauptfeind des Betriebs von Elektrogeräten geworden. Um elektrische Ausfälle, die durch schlechte Wärmeableitung verursacht werden, weitgehend zu vermeiden, wird im Allgemeinen wärmeleitendes Kieselgel auf die Kontaktfläche zwischen dem Heizelement des elektronischen Produkts und der Wärmeableitungsanlage aufgebracht.
Wärmeleitendes Kieselgel ist ein Produkt mit einem gewissen Grad an Flexibilität, ausgezeichneter Isolierung, Kompressibilität und natürlicher Viskosität auf der Oberfläche. Es wurde speziell für die Gestaltung der Verwendung des Spaltes zur Wärmeübertragung hergestellt. Neben dem Füllen des Spaltes und dem Vervollständigen des Wärmeübergangs zwischen dem Heizteil und dem Wärmeableitungsteil spielt es auch die Rolle der Isolierung und Stoßdämpfung, erfüllt die Konstruktionsanforderungen der Miniaturisierung und Ultradünnheit der Geräte, und die Dicke gilt für ein breites Spektrum, so ist es eine Art extrem gute Wärmeleitfähigkeit Füllstoffe sind in elektronischen und elektrischen Produkten weit verbreitet.
Gewöhnliches Kieselgel ist jedoch ein schlechter Wärmeleiter, so dass geeignete wärmeleitende Füllstoffe hinzugefügt werden müssen, um seine Wärmeleitfähigkeit zu verbessern. Unter den anorganischen nichtmetallischen wärmeleitenden isolierenden Pulverfüllstoffen weist Aluminiumoxid nicht nur gute Isolationseigenschaften auf, sondern auch seine Wärmeleitfähigkeit ist nicht niedrig (die Wärmeleitfähigkeit bei Raumtemperatur beträgt 30 W / m · K). Mit verschiedenen Vorteilen ist es zu einem der am häufigsten verwendeten wärmeleitenden Füllstoffe geworden.
Es wird jedoch gesagt, dass die Wärmeleitfähigkeit gut ist. Tatsächlich ist sie noch weit von "gut" entfernt (zum Beispiel beträgt die Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumnitrid 150 W / m · K, was mindestens dem Fünffachen entspricht). Der beste Ort für Aluminiumoxid sollte sein Es ist kostengünstig. Um diesen Vorteil nicht zu verlieren und gleichzeitig die Anwendungsvorteile von Aluminiumoxid zu verbessern, müssen Wege gefunden werden, um die Wärmeleitfähigkeit von Kieselgel unter der Voraussetzung des gleichen Rohmaterials zu verbessern. Es gibt zwei Hauptoptionen: Zum einen kann der Füllstoff eine wärmeleitende Kette oder ein wärmeleitendes Netzwerk in der Matrix bilden, zum anderen soll die Wärmeleitfähigkeit des Aluminiumoxidfüllstoffs selbst verbessert werden.
1. Die Bildung eines thermischen Netzwerks
Wärmeleitung ist nach der Thermodynamik die Übertragung von Wärmeenergie in Form von Schwingungsenergie, dh die Kollision und Übertragung von mikroskopischen Partikeln innerhalb der Substanz. Da Kieselgel ein Polymermaterial ist, das aus asymmetrischen polaren Kettengliedern besteht, kann sich die gesamte Molekülkette nicht vollständig frei bewegen, und es kann nur die Schwingung von Atomen, Gruppen oder Kettengliedern auftreten, so dass die Wärmeleitfähigkeit sehr gering und schlecht ist Wärmeleiter. Nur durch Füllen von Füllstoffen mit hoher Wärmeleitfähigkeit zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit des Materials.
Wenn die Menge des zugesetzten Füllstoffs gering ist, liegt die Verteilung des Füllstoffs in der Kieselgelmatrix ungefähr in Form von Inseln vor, und die Wärmeleitfähigkeit ist zu diesem Zeitpunkt nicht stark verbessert. Um die Wärmeleitfähigkeit des wärmeleitenden isolierenden Kieselgels zu verbessern, muss die Menge des in das Kieselgel eingefüllten Aluminiumoxids erhöht werden, damit die Aluminiumoxidteilchen einen Wärmeleitungskanal innerhalb des Materials bilden. Das blinde Erhöhen der Füllmenge an Aluminiumoxid beeinflusst jedoch die Prozessleistung des Kieselgelsystems und die Leistung des Produkts. Im Allgemeinen nimmt die Zugfestigkeit des wärmeleitenden Materials mit zu, wenn Aluminiumoxid in das wärmeleitende Material eingefüllt wird die Zunahme der Füllmenge. Und die Härte nimmt allmählich zu, während sich die Flexibilität des Materials allmählich verschlechtert und seine Bruchdehnung weiter abnimmt. Dies liegt daran, dass das Aluminiumoxid in den Polymerverbundstoff gefüllt wird und das Aluminiumoxidpulver die Matrix verstärkt .
Daher kann man sich bei der Herstellung von isolierenden Kieselgelmaterialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit nicht einfach auf die Erhöhung der Füllmenge verlassen, um die Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen, da wärmeleitendes isolierendes Kieselgel nicht nur die Wärmeleitfähigkeit des Materials erfordert, sondern auch Anforderungen an die Viskosität und Kompressibilität stellt und Flexibilität. Wenn Sie die Wärmeleitfähigkeit des wärmeleitenden Kieselgelmaterials weiter verbessern möchten, müssen Sie die Leistung des Aluminiumoxidfüllstoffs selbst verbessern. Darüber hinaus kann die Verwendung von wärmeleitenden Füllstoffen mit unterschiedlichen Partikelgrößen und -formen und unterschiedlichen Arten von wärmeleitenden Füllstoffen auch die Eigenschaften verschiedener Füllstoffe nutzen, die Wärmeleitfähigkeit des Materials verbessern und die Kosten senken.
Für thermisches Siliciumdioxid sind auch Viskosität, Kompressibilität und Flexibilität wichtig
2. Verbessern Sie die Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumoxid selbst
Um die Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumoxid selbst zu erhöhen, müssen die Kristallinität und Dichte der Kristalle verbessert werden. Daher muss der Aluminiumoxidfüllstoff einen hohen α-Phasengehalt aufweisen. Dies liegt daran, dass α-Phasen-Aluminiumoxid eine hexagonale Struktur aufweist, die am meisten ist wichtig für die Aluminiumoxidvarianten. Dichte Struktur. Darüber hinaus weist das α-Phasen-Nanoaluminiumoxid auch die Eigenschaften einer hohen Härte, einer hohen Festigkeit, einer Wärmebeständigkeit, einer Korrosionsbeständigkeit usw. auf, und seine Herstellung weist eine Vielzahl von Verfahrenswegen auf, wobei hauptsächlich die folgenden verwendet werden:
1. Chemische Pyrolyse
Chemische Pyrolyseverfahren umfassen ein Ammoniumalaunpyrolyseverfahren, ein Ammoniumaluminiumcarbonatpyrolyseverfahren und ein Sprühpyrolyseverfahren.
① Das Ammoniumalaun-Pyrolyseverfahren verwendet eine Ammoniumaluminiumsulfatlösung, um mit Ammoniumsulfat zu reagieren, um Ammoniumalaun herzustellen, das dann erhitzt wird, um sich in Nanoaluminiumoxid zu zersetzen. Das Verfahren ist einfach, aber der Produktionszyklus ist lang und es ist schwierig, einen großen zu erreichen -Rahmen;
②Das Ammoniumalaun-Pyrolyseverfahren wird verbessert, um das Ammoniumaluminiumcarbonat-Pyrolyseverfahren zu bilden. Gegenwärtig wurde berichtet, dass das Ammoniumalaun und das Ammoniumbicarbonat umgesetzt werden, um die Ammoniumdawsonit-Vorläuferfällung herzustellen, und dann bei 1200 ° C verbrannt werden, um das erhaltene zu erzeugen Aluminiumoxidpulver mit einer Teilchengröße von 15 nm;
③Die Sprühpyrolyse besteht darin, die Metallsalzlösung in Form eines Nebels in eine Hochtemperaturatmosphäre zu sprühen, so dass das darin enthaltene Wasser verdampft, das Metallsalz thermisch zersetzt, die feste Phase ausgefällt und das Nano-Aluminiumoxid-Keramikpulver ausgefällt wird wird direkt vorbereitet.
2. Amorphes Kristallisationsverfahren
Diese Methode dient hauptsächlich dazu, die amorphe Verbindung nach dem Tempern zu kristallisieren. Dieses Verfahren kann Nanomaterialien mit genauer Zusammensetzung herstellen und muss keinem Formungsprozess unterzogen werden, und Nanoaluminiumoxid kann direkt aus einem amorphen Zustand hergestellt werden. Die Plastizität der nach diesem Verfahren hergestellten nanostrukturierten Materialien ist sehr empfindlich gegenüber der Größe der Kristallkörner. Nur wenn die Partikelgröße klein ist, ist die Plastizität besser, sonst wird das Material sehr spröde. Dieses Verfahren hat eine einfache Ausrüstung und Technologie, eine hohe Ausbeute, niedrige Kosten und eine geringe Umweltverschmutzung, aber das Produkt hat eine ungleichmäßige Partikelgrößenverteilung und ist leicht zu agglomerieren.
3. Sol-Gel-Methode
Diese Methode wird häufig bei der Herstellung von Oxidnanopulvern eingesetzt. Der chemische Prozess besteht darin, die Rohstoffe zu hydrolysieren, um aktive Monomere zu erzeugen, sie dann zu Solen zu polymerisieren und dann Gele mit einer bestimmten Struktur zu erzeugen und schließlich zu trocknen und zu wärmen, um Nanopartikel zu erhalten. Die gesamte Reaktion ist: molekularer Zustand-Polymer-Sol-Gel-kristalliner (oder amorpher) Prozess.
Das Sol-Gel-Verfahren hat eine niedrige Reaktionstemperatur, eine kontrollierbare Produktkristallform und -teilchengröße, eine hohe Teilchengleichmäßigkeit, eine hohe Reinheit, eine einfache Kontrolle des Reaktionsprozesses, wenige Nebenreaktionen, aber das Problem der Produktagglomeration ist signifikant und wenn organische Materialien vorhanden sind Als Rohstoff verwendet, ist die Toxizität hoch und der Preis hoch.
4. Flüssigphasenfällungsmethode
Das Flüssigphasen-Fällungsverfahren besteht darin, die Wirkstoffe in den Rohstoffen durch eine chemische Reaktion im Zustand einer Lösung auszufällen und dann zu filtern, zu waschen, zu trocknen und thermisch zu zersetzen, um Nanopartikel herzustellen. Es umfasst das direkte Fällungsverfahren, das Co-Fällungsverfahren und das homogene Fällungsverfahren.
① Die direkte Fällungsmethode besteht darin, Nanopartikel durch Fällungsreaktion aus der Lösung herzustellen.
②Das Co-Fällungsverfahren besteht darin, das Fällungsmittel zu der gemischten Metallsalzlösung zu geben, um die Komponenten zu mischen und auszufällen, und sich dann durch Erhitzen zu zersetzen, um ultrafeine Partikel zu erhalten.
③Das einheitliche Fällungsverfahren ist ein Verfahren, bei dem das Material, das leicht langsam hydrolysiert werden kann, als Fällungsmittel verwendet wird und die Wachstumsrate der Partikel durch die Hydrolysegeschwindigkeit gesteuert wird, um Nanopartikel zu erhalten. Es kann die Agglomeration verringern, die Produktgröße ist gleichmäßig, die Partikelgrößenverteilung ist eng und die Reinheit ist hoch.
Das Fällungsverfahren hat einen einfachen Betrieb, einen kurzen Prozessfluss und geringe Kosten, aber die Reaktion kann leicht durch Lösungskomponenten, Konzentration, Temperatur, Zeit usw. gesteuert werden, und es ist nicht leicht, dispergierte Partikel zu bilden. In den letzten Jahren wurde jedoch durch die Einführung der Gefriertrocknung, der azeotropen Trocknung, der überkritischen Trocknung und anderer Verfahren das Problem der harten Agglomeration effektiv gelöst, und es können hochwertige Nanopartikel hergestellt werden.
5. Umgekehrte Mizellen-Mikroemulsionsmethode
Bei diesem Verfahren wird eine der beiden nicht mischbaren Lösungen in Form von winzigen Tröpfchen (Wasserphase) in der anderen Phase (Ölphase) dispergiert, um eine Mikroemulsion (ohne Typ) zu bilden, und die Wasserphase wird als Oxidation verwendet In dem durch die Verbindung oder das Hydroxid erzeugten Mikroreaktor findet die Fällungsreaktion statt, und dann wird das Nanoaluminiumoxidpulver durch Waschen, Trocknen und Kalzinieren erhalten.
Das Umkehrmizellen-Mikroemulsionsverfahren ist einfach anzuwenden, und die Partikelgröße kann durch Ändern der Rohmaterialkomponenten gesteuert werden, und die Partikelgrößenverteilung ist eng. Das hergestellte gleichmäßige mehrphasige anorganische Verbindungspulver ist für die Herstellung von funktionellen Keramikmaterialien von großer Bedeutung . Die Produktpartikel sind jedoch zu fein, was die Schwierigkeit des nachfolgenden Trennprozesses erhöht.
6. Lösungsmittelverdampfungsmethode
Bei diesem Verfahren wird die Metallsalzlösung zu winzigen Tröpfchen verarbeitet, das Lösungsmittel wird schnell verdampft und der gelöste Stoff wird zu Nanopartikeln ausgefällt. Lösungsmittelverdampfungsverfahren umfassen direktes Trocknen, Sprühtrocknen, Gefriertrocknen und überkritisches Trocknen.
①Das Trocknungsverfahren weist eine geringe Säureeffizienz und eine schlechte Qualität auf, und seine Anwendung ist begrenzt.
②Die Sprühtrocknungsmethode verwendet Aluminiumnitrat und Ammoniumaluminiumcarbonat als Rohstoffe. Die Bedienung ist einfach, aber das Aluminiumnitrat setzt Stickoxide frei, die die Umwelt verschmutzen können.
③Das Gefriertrocknungsverfahren weist eine gute Produktgleichmäßigkeit auf, die Kosten sind jedoch hoch.
④ Die Trocknungstechnologie für überkritische Flüssigkeiten verwendet Aluminiumnitrat als Rohmaterial, und das im anorganischen salzorganischen Lösungsmittelsystem erzeugte Aluminiumoxid weist eine kleine Partikelgröße, eine große Porengröße, eine geringe Dichte, eine hohe Oberflächenenergie und ein großes Produktanwendungspotential auf.
Darüber hinaus hat die Morphologie von Aluminiumoxid auch einen unterschiedlichen Einfluss auf die Wärmeleitfähigkeit. Entsprechend der unterschiedlichen Brennkontrolle kann die Kristallmorphologie von Aluminiumoxid eine wurmartige, flockenartige, kugelförmige (quasikugelförmige) Morphologie usw. aufweisen. Gegenwärtig ist die Morphologie von Aluminiumoxid, das mit Isoliermaterialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit gefüllt ist, hauptsächlich kugelförmig (quasi) -kugelförmig).) Hauptsächlich. Es gibt auch einige Forschungseinrichtungen, die Flocken-Aluminiumoxid verwenden, um eine hohe Wärmeleitfähigkeit und isolierende Silikonkautschuk-Verbundwerkstoffe herzustellen.
Bild
Sphärisches Aluminiumoxid und Flockenaluminiumoxid
Kurz gesagt, als Füllstoff Aluminiumoxid für wärmeleitendes isolierendes Kieselgel haben seine Kristallmorphologie und Partikelgrößenverteilung einen großen Einfluss auf die Wärmeleitfähigkeit des wärmeleitenden isolierenden Kieselgelmaterials und die Produktleistung. Um die Wärmeleitfähigkeit von Verbundwerkstoffen zu verbessern, ist die Steuerung der Leistungsindikatoren von Aluminiumoxid daher eine sehr wichtige Aufgabe.
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