随着電子工(gōng)業的發展，電子元件、集成電路趨于密集化，小(xiǎo)型化，要保證電子器件的可靠運行，良好的散熱性是必不可少的。

但是，電子器件與散熱裝置因其表面的凹凸不平，在界面間形成了一(yī)個空氣層，使得接觸熱阻增大(dà)，最終使電子器件的熱量不能高效傳遞給散熱裝置實現散熱。

導熱矽膠因具有好的粘性、柔韌性、良好的壓縮性能以及具有優良的熱傳導率，常用來作爲通訊設備、計算機等電器Ic基闆的散熱填充材料。

無機非金屬粉體(tǐ)填料因其良好的絕緣性能，通常用于導熱絕緣矽橡膠作導熱媒介。

最爲常見的無機非金屬導熱絕緣粉體(tǐ)填料有氮化鋁，氧化鋁，氧化鋅，氧化铍，氧化矽，碳化矽，氮化硼等。

其中(zhōng)氧化鋁不但具有良好的絕緣性能，而且其導熱率也不低(常溫導熱率爲30W/m·K)，已經在高壓，特高壓開(kāi)關電器領域絕緣制品中(zhōng)得到大(dà)量使用。

氧化鋁來源廣泛，價格相對較低，在矽膠中(zhōng)填充量大(dà)，具有較高的性價比，因此作爲目前高導熱絕緣矽膠材料中(zhōng)的主要導熱絕緣填料。

氧化鋁在導熱矽膠中(zhōng)的導熱機理

物(wù)質中(zhōng)的熱能常以振動能的形式傳遞,即物(wù)質内部微觀粒子通過相互碰撞，實現熱能的傳遞。

對于金屬材料，其熱傳導靠自由電子的運動進行導熱。由于自由電子的質量輕，不受束縛，此使得金屬材料導熱的同時也能導電。

而氧化鋁填料的導熱主要依靠聲子的振動，通過晶體(tǐ)的非線性熱振動而實現導熱。

矽膠作爲高分(fēn)子材料，是由不對稱的極性鏈節所構成，整個分(fēn)子鏈不能完全自由運動，隻能發生(shēng)原子，基團或鏈節的振動，因此其導熱率很低，是熱的不良導體(tǐ)。

隻有通過填充高導熱系數的填料來增加材料的熱導率。

當加入的氧化鋁的量較少時，氧化鋁在矽膠基體(tǐ)中(zhōng)的分(fēn)布近似以孤島形式出現，此時導熱率提高不大(dà)。

随着氧化鋁添加量的增加，在矽膠基體(tǐ)中(zhōng)的分(fēn)布越來越密集，顆粒之間會相互接觸，在複合材料中(zhōng)形成局部的導熱鏈或導熱網；

若再增加氧化鋁的量，導熱鏈或導熱網會相互聯結和貫穿，在聚合物(wù)基體(tǐ)中(zhōng)形成貫穿整個材料的導熱網絡，從而使填充複合材料的導熱性能顯著提高。

但是，填充量過大(dà)使導熱矽膠的性能變差，如其流動性和柔韌性因填料量的增大(dà)而變差。

氧化鋁填料性能對導熱矽膠性能影響

1、氧化鋁顆粒形貌對導熱矽膠性能影響

根據不同的燒成控制，氧化鋁的晶體(tǐ)形貌可以呈現出蠕蟲狀、片狀、球形(類球形)等形貌，由于球型顆粒的氧化鋁表面能小(xiǎo)，填入基體(tǐ)中(zhōng)粘度小(xiǎo)，更容易均勻分(fēn)散于基體(tǐ)中(zhōng)，而且填充量相對于其他形狀的大(dà)，更有利于提高矽膠的導熱性，因此，當前在高導熱絕緣材料中(zhōng)填充的氧化鋁顆粒形貌主要以球形。

典型的類球形氧化鋁形貌如下(xià)：

制備球形氧化鋁通常有兩種工(gōng)藝，熔融法和高溫煅燒法。

其中(zhōng)熔融法是采用超過氧化鋁熔點的溫度，将氧化鋁多晶體(tǐ)熔融并收縮成球形，其形貌球形度高。

而高溫煅燒法是通過低于熔點的溫度對氧化鋁顆粒煅燒，晶體(tǐ)發育生(shēng)長成類球形。

對于前者，氧化鋁顆粒的球形度高，但因氧化鋁爲快速熔融，在晶體(tǐ)内部往往會形成氣孔及空位等晶體(tǐ)缺，導緻顆粒的緻密度降低，從而降低其導熱率。

而後者是長時間的晶體(tǐ)生(shēng)長，其結晶發育完整，化學純度高，顆粒具有非常高的真比重，達到3.98g/cm3以上，因此顆粒的導熱率要比熔融法生(shēng)産的球形氧化鋁高。

2、氧化鋁晶型對導熱矽膠性能影響

高熱導率的氧化鋁顆粒，其自身必須具有高的結晶程度和緻密度。α相氧化鋁爲六方結構，是氧化鋁多種變體(tǐ)中(zhōng)最爲緻密的結構。研究表明α相越高的氧化鋁粉體(tǐ)，晶體(tǐ)完全呈現單晶的呈類球形顆粒，存在一(yī)定的晶面，填充在到矽膠中(zhōng)時，顆粒和顆粒的接觸就會出現一(yī)定的線接觸和面接觸，因此可以大(dà)幅提高矽膠的導熱率。

3、氧化鋁純度對導熱矽膠性能影響

作爲絕緣導電填料的氧化鋁，其結構中(zhōng)化學結合的雜(zá)質會影響其最終晶體(tǐ)燒結的緻密度，不利于提高導熱性；另外(wài)雜(zá)質（如鈉離(lí)子）在疏松晶體(tǐ)結構中(zhōng)容易形成導電離(lí)子，嚴重影響導熱絕緣矽膠的電氣性能，因此導電絕緣用的氧化鋁粉體(tǐ)一(yī)般要求小(xiǎo)于0.1%。

4、氧化鋁粒度對導熱矽膠性能影響

研究發現小(xiǎo)顆粒的填料容易被矽膠包覆，導緻互相不接觸而産生(shēng)熱阻；

而大(dà)粒子更容易互相接觸，從而形成導熱通路，增加熱導率。

而且還得出一(yī)些規律：當填充相同填料量時，在填充份數較小(xiǎo)的情況下(xià)，小(xiǎo)粒徑填料氧化鋁較大(dà)粒徑的導熱率大(dà)，而填充量超過一(yī)定的值時，小(xiǎo)粒徑填料比氧化鋁較大(dà)粒徑的導熱率小(xiǎo)。

因此通過合理的氧化鋁粉體(tǐ)粒徑搭配，增大(dà)粉體(tǐ)的填充堆積密度，使氧化鋁粉體(tǐ)在矽橡膠中(zhōng)形成更多的導熱網絡，是有利于提高矽橡膠的導熱性。

不同粒徑的氧化鋁對矽膠的導熱率的影響如下(xià)：

5、偶聯劑表面處理對矽橡膠性能的影響

經用偶聯劑改性的氧化鋁導熱粒子與矽膠的潤濕性好，可以祛除粒子與基體(tǐ)之間的空氣，使粒子與界面具有較好的粘接性，從而提高矽膠的熱導率和力學性能。研究結果如下(xià)：

四、結束語

氧化鋁應用于矽膠絕緣導熱作填料，整個體(tǐ)系已屬于複合材料的範疇。從上分(fēn)析看出影響矽膠導熱絕緣性能有氧化鋁粉自身質量因素，如粉體(tǐ)顆粒形貌，晶型，化學組成等；同時還有粉體(tǐ)的應用因素，如偶合改性，顆粒級配，粉體(tǐ)在基體(tǐ)中(zhōng)的分(fēn)散等，這些都在粉體(tǐ)生(shēng)産時要充分(fēn)認識到的，隻有兩者相互結合才能生(shēng)産出優質的導熱絕緣粉體(tǐ)填料。由于筆者水平有限，若有錯誤的地方請多多指正。