高导热硅橡胶基复合材料的制备及表征

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近年来,随着微电子科技的进步,电子元器件日益向着集成化和微型化发展。然而,由此导致的热量聚集和散热问题已成为制约电子元器件工作可靠性及使用寿命的关键因素之一。高分子基复合导热材料因有望使该问题得以解决,而引起了人们的日益关注。本文以硅橡胶为基体,氧化铝微米颗粒、镍纳米颗粒以及镍/氧化铝复合粒子为填料,制备了导热硅橡胶基复合材料。并利用XRD、SEM、OM、激光导热仪、LCR型数字电桥和VSM等手段系统研究了制备过程及组分对复合材料的组织、导热和介电性能等的影响。主要得出了以下结论:  (1)氧化铝/硅橡胶复合材料  采用氧化铝微米颗粒作为导热填料制备了硅橡胶复合材料,主要研究了复合材料的微观形貌、热扩散系数和相对介电常数。研究表明,随着氧化铝含量的增加,硅橡胶的热扩散系数和介电常数增加。当氧化铝填量为70wt.%时,复合材料的热扩散系数为纯硅橡胶的2.8倍,而介电常数仍然保持在一个很低的水平。当氧化铝填量一定时,和小粒子填充体系相比,大粒子填充体系具有更高的热扩散系数和相对介电常数。随着温度从25℃升高到125℃时,氧化铝/硅橡胶复合材料的热扩散系数略有下降。  (2)镍/硅橡胶复合材料  采用镍纳米颗粒作为导热填料制备了硅橡胶复合材料,主要探究了磁场的诱导对复合材料的形貌、热扩散系数和相对介电常数的影响。研究表明,由于磁场的诱导,镍粒子在硅橡胶基体中沿着磁场方向定向排列,由定向排列的镍离子填充制备的硅橡胶复合材料的热扩散系数和介电常数明显高于没有磁场的诱导制备的镍/硅橡胶复合材料。复合材料的热扩散系数、相对介电常数和饱和磁化强度随镍粒子含量的增加而增加,对于在磁场的诱导下制备的复合材料,当基体中镍粒子的质量分数为10wt.%时,复合材料的热扩散系数、相对介电常数分别是纯硅橡胶的1.34和近4倍。镍/硅橡胶复合材料的热扩散系数随着温度升高略有降低。  (3)混杂填料填充硅橡胶复合材料  采用二元混杂粒径氧化铝作为导热填料制备了硅橡胶复合材料,主要探究了不同粒径氧化铝的相对用量对复合材料热扩散系数和相对介电常数的影响。当填料填量固定时,大小粒子按照适宜比例组成二元粒径混杂氧化铝填料填充硅橡胶的导热性能要优于单一粒径氧化铝填充体系,而相对介电常数则低于单一粒子填充体系。  采用镍/氧化铝复合粒子作为导热填料制备了导热硅橡胶复合材料,探究了微纳米复合粒子对硅橡胶复合材料导热和介电性能的影响。和将镍粉和氧化铝直接混合填充硅橡胶相比,采用纳米镍负载在微米氧化铝的表面制备成复合粒子进行填充制得的复合材料具有更高的热扩散系数和相对介电常数。
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