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随着工业生产和科学技术的进步,对导热橡胶提出了新的要求,希望既能为电子元器件提供安全可靠的散热途径,又能起到绝缘的作用。导热橡胶多是以硅橡胶为主。具有优良的导热性、耐高低温以及绝缘性能的硅橡胶,广泛用于航空航天、微电子、电器领域中需要散热和传热的部位。硅橡胶自身的导热系数一般只有0.165W/(m·K),主要通过填充导热填料来提高复合体系的导热性能。因此本文研究了超细α-Al<,2>O<,3>填料的制备并对硅橡胶/氧化铝复合体系进行探讨,提出了具有一定适用范围的导热模型。
本文以硝酸铝和可溶性淀粉为原料,采用固相法制备了高纯片状α-Al<,2>O<,3>,利用球磨工艺配合表面处理技术制备了可在水或油中自分散成单分散的高纯超细片状α-Al<,2>O<,3>(平均粒径250nm),为后期高导热绝缘硅橡胶/氧化铝复合材料的制备奠定了基础。通过X射线衍射分析、差热-热重分析、扫描电子显微镜和激光粒度仪对前驱体成分和反应机理进行探讨,研究了煅烧温度、保温时间和球磨时间对超细氧化铝成分,形貌和粒度的影响。
采用手工混炼将处理好的无机填料浆料与硅橡胶基体混合均匀,胶料放置4h后;125℃进行一段硫化,硫化时间10min;一段硫化后的样品放在玻璃布上,在鼓风干燥箱中按一定的升温制度升温到200℃,保温2h对样品进行二段硫化处理。研究了氧化铝填充量对硅橡胶/氧化铝复合体系导热性能的影响;氧化铝总填充量在200份时,不同粒径氧化铝配合使用对硅橡胶/氧化铝复合体系导热性能的影响;白炭黑的添加对硅橡胶/氧化铝复合体系导热性能的影响。在对前人提出的导热模型的研究基础上,提出了适用于本实验的导热模型。
研究结果表明,前驱体以非晶态物质为主;随着煅烧温度的升高,相同保温时间氧化铝相转变更加完全,过高的煅烧温度不利于片状α-Al<,2>O<,3>的制备;随着球磨时间的延长,12h内氧化铝粒度迅速减小,24h后氧化铝粒度趋于平缓;扫描电镜观察结果显示球磨24h的氧化铝粉为片状、粒度均匀并呈现单分散状态。硅橡胶/氧化铝复合体系的导热性能随氧化铝填充量的增多呈非线性变化,填充量小于50份时体系导热系数变化不明显,填充量超过200份后体系的导热性能迅速提高;相同填充量下,不同粒径氧化铝的配合使用比单一粒径氧化铝填充可以更有效的提高硅橡胶/氧化铝复合体系的导热性能;一定量白炭黑的添加会降低硅橡胶/氧化铝复合体系的导热性能。针对本实验复合体系导热性能的变化,分别提出了单一粒径氧化铝填充硅橡胶的导热模型,不同粒径氧化铝并用填充硅橡胶的导热模型以及白炭黑和氧化铝并用填充硅橡胶的导热模型。结果表明本实验提出的导热模型不仅适用硅橡胶/氧化铝复合体系导热性能的解释,还可以解释Si<,3>N<,4>/Al<,2>O<,3>和Si<,3>N<,4>/SiO<,2>等复合体系导热性能的变化,具有一定的普遍性。