高柔顺导热弹性体复合材料的制备及结构性能研究

论文摘要

随着电子技术突飞猛进的发展,电子元器件的集成程度和组装密度不断提高,在提供了强大的使用功能的同时,也导致了其工作功耗和发热量的急剧增大。那么在微电子领域,热管理这门新兴学科专门研究各种电子设备的安全散热方式、散热设备及所使用的材料。而热界面材料在热管理中起到了十分关键的作用,是该学科中的一个重要研究分支。导热弹性体材料作为热界面材料的一种,已经大量被应用在大型服务器、光驱、硬盘和轻薄型笔记本电脑等多种电子产品上,但都需要在较高的安装压力下才能起到很好的散热作用。为了使热界面材料能够更充分地填充电子元件和散热器表面上的凹凸,材料越柔顺越好。因此在高填充条件下,仍然要保持弹性体复合材料具有较高柔顺性,是高性能弹性热界面材料研制的主要技术难点。本文采用熔融共混法制备了氧化铝（Al2O3）/高温硫化硅橡胶（SiR）导热复合材料,对其导热性能和力学性能进行了研究。主要工作如下：（1）研究了填料网络和交联网络对弹性体复合材料导热性能的影响：在导热填料网络开始形成至网络结构遍布整个复合材料的过程中,材料的导热性随导热填料用量增大而提高的幅度最大；基体橡胶的交联密度对复合材料的导热性影响不显著,但交联密度较小时会导致复合材料的导热性能略有下降；（2）研究了填料网络和交联网络对弹性体复合材料力学性能的影响：导热填料网络结构和基体交联密度对复合材料力学性能有着关键作用。当基体交联密度较小时,即使填充了大量的导热填料（形成了非常强的填料网络结构）,也可使复合材料的整体柔顺性达到较高水平。压缩应力-应变曲线比硬度能够更准确的表征导热弹性体复合材料的柔顺性。（3）研究了氧化铝粒子的取向对弹性体复合材料导热性能的影响：对于各向异性的氧化铝粒子,影响材料导热各向异性的因素有晶面取向,导热网链的取向和晶面间接触点的数量；对于各向同性的粒子,影响材料导热各向异性的因素只有导热网链的取向；另外,粘度的大小对上述因素也有很大的影响。（4）通过表面处理剂对大连路明的氧化铝粒子进行处理,与球形粒子复配,采用合适的增塑手段,在过氧化物硫化体系中可以得到导热系数为1.21W/m.K,硬度为shore A7度左右的弹性体复合材料。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题研究的目的及意义
• 1.2. 导热高分子材料的研究进展
• 1.2.1 导热概念的介绍
• 1.2.2 导热高分子材料的导热机理及相关模型
• 1.2.3 导热硅橡胶的制备
• 1.2.4 导热系数的测定
• 1.2.5 低模量硅橡胶复合材料的研究进展
• 1.2.6 导热高分子材料的研究进展
• 1.2.7 提高导热性能的途径
• 1.3. 本论文的研究工作内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 原材料
• 2.2 加工工艺
• 2.2.1 原材料处理
• 2.2.2 填料处理
• 2.2.3 混炼工艺
• 2.2.4 硫化工艺
• 2.3 测试
• 第三章 实验结果和讨论
• 3.1 填料网络及交联网络对材料导热性能和力学性能的影响
• 3.1.1 填料网络对材料导热性能和力学性能的影响
• 3.1.2 交联网络对材料导热性能和力学性能的影响
• 3.2 氧化铝结构及其取向对材料导热性能的影响
• 3.2.1 氧化铝粒子的结晶结构及形态
• 3.2.2 晶面取向表征及其原理
• 3.2.3 导热性能的各向异性的表征方法
• 2O₃晶面取向及其影响因素'>3.2.4 α-Al₂O₃晶面取向及其影响因素
• 3.2.5 导热性能各向异性的影响因素
• 3.3 高柔顺导热弹性体复合材料的制备探索
• 3.3.1 氧化铝种类及复配对材料导热性能及硬度的影响
• 3.3.2 填料表面处理对材料导热性能和硬度的影响
• 3.3.3 加成型硫化体系的探索
• 3.3.4 填充相变材料对导热弹性体复合材料性能的影响
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 导师及作者简介
• 附件