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球形VS片狀性能比拼?

文章出處:常見問題 責(zé)任編輯:東莞東超新材料科技有限公司 發(fā)表時間:2025-05-27
  

?電子級氧化鋁是個寬泛模糊的概念,通常要求純度在99.99%(4N)以上,憑借其高純度、優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)在電子工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。雖說不同應(yīng)用對氧化鋁粉體有著非常具體的要求,但是片狀氧化鋁和球形氧化鋁的出鏡率明顯高于其他品類,并且在導(dǎo)熱填料領(lǐng)域總是同時亮相一爭高下。到底二者孰強孰弱,還是各有千秋?


隨著5G和智能化時代的來臨,電子設(shè)備趨于小型化、集成化,電子設(shè)備的發(fā)熱問題逐漸凸顯,對散熱性能有了更高的要求。作為連接芯片與散熱器之間熱量傳輸?shù)臉蛄海瑹峤缑娌牧希═IM)因其自身限制,常常需要通過添加導(dǎo)熱填料來提高導(dǎo)熱性能。電子級材料由于其高純度,被廣泛用于電子工業(yè),主要應(yīng)用于精密電子產(chǎn)品的制造,在半導(dǎo)體、集成電路等對材料純度要求極高領(lǐng)域的電子元件制造中。氧化鋁(α-Al2O3)來源廣泛、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、絕緣性能好且價格較低,其高性價比使其成為主要的導(dǎo)熱絕緣填料。α-Al2O3熱導(dǎo)率良好(熱導(dǎo)率:33~36W/M·K,體積電阻率約為1010Ω·cm),其常用的晶體形貌主要為片狀和球形兩大類。
球形氧化鋁:呈規(guī)則球型結(jié)構(gòu),粒徑通常在幾微米到幾十微米范圍內(nèi)。

片狀氧化鋁:呈二維片狀結(jié)構(gòu)(長徑比大于10:1),粒徑通常在幾微米到幾十微米范圍內(nèi),厚度約幾百納米。

雖然二維片狀導(dǎo)熱填料通常具有比球形Al2O3等較高的本征熱導(dǎo)率,但在導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備過程中,加工中的外力場等原因,導(dǎo)致二維片狀材料傾向在薄膜材料中沿著薄膜面內(nèi)的方向取向排列,而難于沿著薄膜面外方向取向排列,造成薄膜材料面內(nèi)導(dǎo)熱性能遠(yuǎn)高于面外導(dǎo)熱性能。

Al2O3形貌對填充性能的影響較大,熱界面材料要求填料能均勻地分散在聚合物基體中,分布不均勻會導(dǎo)致材料缺陷,影響使用性能,同時,隨著填充量的增加,體系的黏度也逐漸增大,到一定程度會影響填料的分散效果。其中,顆粒越規(guī)整,比表面就越小,與基體之間的摩擦力也就越小,越易分散,故體系粘度越小、填充率越高,從而更易形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò),增強材料的熱導(dǎo)率。

α-Al2O3填充量的增加,環(huán)氧樹脂固化物導(dǎo)熱系數(shù)快速增加。當(dāng)α-Al2O3的填充量從30%增至50%時,導(dǎo)熱系數(shù)從0.35 W/(m·K)升高至0.58 W/(m·K),從50%增至70%時,導(dǎo)熱系數(shù)從0.58 W/(m·K)升高至1.59 W/(m·K)。

填充量較低時,復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)受α-Al2O3填充量的影響較小,隨著填充量的增加,復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)快速升高,這是由于填充量較少時系統(tǒng)無法形成連續(xù)緊密的導(dǎo)熱回路,故熱導(dǎo)率上升緩慢,隨著填充量的不斷增加,氧化鋁粉末之間的接觸點逐漸增加,供熱供應(yīng)鏈的集中度增加,使得供熱量迅速提升。若進一步增加填充量,導(dǎo)熱率有望繼續(xù)升高,但是聚合物基體含量過低,粘性減弱,故較難成型。

其中,片狀和球形氧化鋁根據(jù)其自身的結(jié)構(gòu)特性,在作為導(dǎo)熱填料時有其各自的優(yōu)缺點。

球形氧化鋁作導(dǎo)熱填料時,制備得到的熱界面材料的柔韌性和機械性能更好,但相比于片狀氧化鋁,不易在聚合物基體內(nèi)部形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)。與前者不同,片狀氧化鋁更容易在聚合物基體內(nèi)相互接觸形成有效導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò),其導(dǎo)熱高、熱阻小,且能夠調(diào)節(jié)收縮性和熱膨脹系數(shù),可有效提高熱界面材料的熱導(dǎo)率。而形成有效的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)是導(dǎo)熱性能迅速增長的關(guān)鍵,故在相同氧化鋁填充量時,片狀氧化鋁作為導(dǎo)熱填料時,導(dǎo)熱性能是優(yōu)于球形氧化鋁的。但是其聚合物基體組成的混合體系粘度更高,從而影響聚合物基體的柔韌性。

東超新材料開發(fā)的球形氧化鋁是由無規(guī)則高純氧化鋁經(jīng)高溫熔融噴射煅燒而成,后經(jīng)篩分、提純等工序得到的產(chǎn)品。所得氧化鋁純度高、球化率高、粒徑分布可控。該產(chǎn)品具有高導(dǎo)熱、流動性好,吸油值低等優(yōu)良性質(zhì)。具有純度高、高填充性、導(dǎo)熱性能好、低磨損性、粒徑分布窄的特點??蓱?yīng)用散熱片、散熱基板用填充劑(MC基板)、導(dǎo)熱硅脂、相變化片、?半導(dǎo)體封裝樹脂用填充劑、有機硅散熱粘結(jié)劑及混合物用填充劑、陶瓷過濾器等。



僅從導(dǎo)熱效果來考慮,片狀氧化鋁當(dāng)之無愧為最優(yōu)選擇,但是生產(chǎn)中往往考慮實際應(yīng)用。片狀氧化鋁作為導(dǎo)熱填料時對成型工藝要求較高,在復(fù)合體系中更易發(fā)生沉降,導(dǎo)致熱界面材料上下分層,均勻性明顯降低。這也是其在熱界面材料中應(yīng)用相對較少的主要原因。

球形、片狀氧化鋁性能,在導(dǎo)熱領(lǐng)域各有千秋,研磨領(lǐng)域片狀氧化鋁似乎更勝一籌,球形、片狀電子級氧化鋁材料的性能,不能單單就一方面去評判孰高孰低,在現(xiàn)實的各類應(yīng)用中,他們各有所長,如何利用他們的結(jié)構(gòu)性能,最大化的發(fā)揮其價值,是我們未來需要進一步探索的。

 
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來源:粉體圈
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