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常用导热填料的导热系数及优缺点分析

发布时间:2015-10-05责任编辑:一诺材料点击次数:3381

导热填料顾名思义就是添加在基体材料中,用来增加材料导热系数的填料,常用的导热填料有氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅等;其中,尤以微米级氧化铝、硅微粉为主体,纳米氧化铝,球形氧化铝,氮化铝,氮化硼做为高导热领域的填充粉体;而氧化锌大多做为导热膏(导热硅脂)的传统填料使用。而用在航空、航天、LED、精密电子仪器等特殊领域的高导热填料有纤维状高导热碳粉、鳞片状高导热碳粉、高导热布等。

 

常用导热填料导热系数表

材料名称

分子式

导热系数K(w/m.k)

备注

纤维状碳粉

C

400-700

沿纤维方向

鳞片状碳粉

C

1500-3000

平面层内导热

氧化铍

BeO

219

剧毒

氮化铝

AlN

160-220

理论值320

氮化硼

BN

30-50

碳化硅

SiC

83.6

氧化镁

MgO

36

氧化铝

Al2O3

30

氧化锌

ZnO

26

二氧化硅

SiO2

10

结晶型

 


不同导热填料优缺点分析

1、氮化铝AlN,优点:导热系数非常高。缺点:价格较贵;氮化铝吸潮后会发生轻微水解,AlN+3H20=Al(OH)3+NH3 ,水解产生的Al(OH)3会使导热通路产生中断,进而影响声子的传递,做成制品后会影响热导率。可使用硅烷偶联剂对氮化铝粉末进行表面处理,增强氮化铝粉末的抗水解性能。

2、氮化硼BN,优点:导热系数非常高,性质稳定。缺点:价格较高,根据产品品质不同差别较大。虽然单纯使用氮化硼可以达到较高的热导率,但大量填充后体系粘度极具上升,严重限制了产品的应用领域,目前在塑料行业中使用较多。

3、碳化硅SiC 优点:导热系数较高。缺点:合成过程中产生的碳及石墨难以去除,导致产品纯度较低,电导率高,不适合电子用胶。密度大,在有机硅类胶中易沉淀分层,影响产品应用。环氧胶中较为适用。

4、氧化镁MgO 优点:价格便宜。缺点:在空气中易吸潮,增粘性较强,不能大量填充;耐酸性差,一般情况下很容易被酸腐蚀,限制了其在酸性环境下的应用。

5α-氧化铝(针状) 优点:价格便宜。缺点:添加量低,在液体硅胶中,普通针状氧化铝的最大添加量一般为300份左右,所得产品导热率有限。

6α-氧化铝(球形) 优点:填充量大,在液体硅胶中,球形氧化铝最大可添加到600~800份,所得制品导热率高。 缺点:价格较贵,但低于氮化硼和氮化铝。

7、氧化锌ZnO 优点:粒径及均匀性很好,适合生产导热硅脂。缺点:导热性偏低,不适合生产高导热产品;质轻,增粘性较强,不适合灌封。

8、二氧化硅(结晶型) 优点:密度大,适合灌封;价格低,适合大量填充,降低成本。缺点:导热性偏低,不适合生产高导热产品。密度较高,可能产生分层。

9、纤维状高导热碳粉 优点:导热系数极高,沿纤维方向的导热率是铜的2-3倍,最高可达到700w/mk,同时具有良好的机械性能和优异的导热及辐射散热能力,并且可设计导热取向;缺点:价格昂贵,并且不易与塑料混合。

10、鳞片状高导热碳粉 优点:导热系数高,粒径在纳米级,填充率高;缺点:堆积密度大,不易加工,价格昂贵(但低于纤维状高导热碳粉)。

综上,不同填料有各自特点,选择填料时应充分利用各填料的优点,采用几种填料进行混合使用,发挥协同作用,既能达到较高的热导率,又能有效的降低成本,同时保障填料与基体材料的相容性。

 



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