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浅谈导热硅橡胶复合材料应用探究

作者:2015-08-20 14:28文章来源:未知

  在热界面的材料中,硅橡胶具备了相当特殊的优势,作为一种橡胶基的复合材料,导热橡胶在使用的过程中侧重的是导热的性能。导热材料常应用于航天、航空、电气、电子领域中需要散热以及传热的空隙部位。随着工业生产和科学技术的不断进步,我们对导热材料提出了新的要求,望其可为电子元件提供安全、可靠的散热方式,并起到减震、绝缘作用。而在这方面,导热硅橡胶表现出特有优势,作为热界面的材料(TIM),是注重导热性能的一类橡胶基复合型材料。它因具有良好弹性、很高导热率、电绝缘特性、受低压容易变形并且密封性好等特点,由此替代了普通高分子物质用于元器件散热,可有效填充界面间的空隙,祛除冷热界面间空气,可将散热器功效提高到40%以上。

  一、导热的硅橡胶应用

  导热的硅橡胶有高温硫化与室温硫化,一般在仪表、电气电子等行业中用于密封、散热、弹性的粘结、绝缘等(系统中所需要的耐热性与高弹性均可提供,又能将其热量迅速的导出)。在一般的情况下,室温硫化硅橡胶的导热性能要低于高温硫化硅橡胶,室温硫化导热硅橡胶应用于对散热部件进行封装与粘结,用于家电、电子等行业中;高温硫化导热硅橡胶大多应用于散热片或是垫片中,以片的方式存在。导热硅橡胶的导热率一般都可以达到0.5W/(m•k)以上,使用温度范围-50~250℃,体积电阻率≥1.0×1013Ω•cm,基本能满足大功率电子器件的灌封要求,但要目前国内对导热硅橡胶的研究尚处于开拓阶段,解决其综合性能与工艺性能统一问题十分紧迫,因此在电子航空的设备的密集化与小型化中,导热硅橡胶的应用是其寿命与精度提高的关键所在。

  二、硅橡胶在导热的性能上的改进

  以硫化的温度可将导热的硅橡胶分为高温硫化与低温硫化;以不同的导热填料的添加组分进行划分,填料的填充体系可分为复合型与单一型。

  1.填充体系的单一填料

  在硅胶中加入经过处理的铜粉(抗团簇与抗氧化的处理),其热接口的材料性能很高并且成片状,拉伸强度也可满足电子市场对应用需求。比如说,100份的硅橡胶,制作电子照相机的外层,对其填充氧化镁的粉末100到150份,所得的材料在耐久性与导热性中的效果都很好,但填充物为铝粉与白炭黑的效果就比较差。在填充时导热的材料是由很多种粒径构成,粘度的降低与导热性的提高都会受到填料搭配的影响,粘度变化与导热性能的变化根据填料粒径的不同,随其分布的变化进行规律性变化;在粒径的分布合理时,导热硅橡胶可同时获得粘度较低与热导率较高的性能。

  2.填充体系的复合填料

  在室温硫化导热硅橡胶中填入双组的填料,导热硅橡胶其热导率为先上升后下降,其拉伸的强度也是先增加,后减小,基料粘度是呈先减小后增加的趋势,扯断伸长率有逐步增高的趋势,室温硫化导热硅橡胶的粘度是比较低的,在硅橡胶中加入三氧化二铝涂敷氮化铝的粉末,所得的材料具有很高的耐热性与导热性,可用于热辐射性的片材制造。

  将氮化物(可从AN、BN、铝粉中进行选择)或者金属粉及表面经过处理的硬脂酸粉末加入到硅橡胶中,硅橡胶会具有非常好的阻燃性与比较高的导热性,可以进行制作液晶体防止滑动垫片。在电子的元器件中,将表面经过处理的铝粉等加入到硅橡胶的液体中,再将其的混合物放到两极之间,在电场中可以获得导热性能比较高的硅橡胶的材料。将大量的石英粉、三氧化二铝的粉末、氮化硼的粉末、及其适量的固化剂与偶联剂等与硅橡胶进行充分的混合,在二甲苯中将混合物进行溶解,涂敷在玻璃布上,使其干燥与固化,其涂层所得的材料不仅具有阻燃性与导热性,还有很好地外观。

  三、结语

  导热硅橡胶材料在电子的元器件的领域中因其具备良好的散热与减震及绝缘的特性,发挥着不可或缺的作用,在电子产品由产业化向智能化与微型化的方向发展中,导热硅橡胶材料的科学研究成果发挥着重要的作用,并为电子、航空等领域做出了巨大的贡献,硅橡胶在提高导热性能上主要是通过改变填料粒径的分布、填料表面改性与填料表面处理等方式来提高,这也使得硅橡胶具有热导率高的特点。因此对导热硅胶材料进行复合材料的研究与填料的新型复合技术探索,对硅橡胶材料的稳定性与抗热疲劳性及导热性都有非常重要的意义。

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