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Mit Bornitrid gefüllte wärmeleitende Isolationsverbundstoffe

Dec 08, 2018

Wärmeleitende Verbundstoffe auf Polymerbasis wurden aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit und ihres geringen Gewichts in der Luft- und Raumfahrt, in der Mikroelektronik-Verpackung, in der Wärmeübertragungstechnik, in der chemischen Verfahrenstechnik und in der Solarenergienutzung weit verbreitet. Die Herstellungsverfahren für wärmeleitende Verbundstoffe auf Polymerbasis sind zu einem der Brennpunkte der Forschung geworden. Obwohl die meisten Polymere Isolatoren mit ausgezeichneten elektrischen Isolationseigenschaften sind, ist ihre Wärmeleitfähigkeit sehr niedrig. Wenn der Wärmeleitfähigkeit von Polymermaterialien ein bestimmter Grad gegeben werden kann, wird ihre Anwendung auf dem Gebiet der Wärmeleitfähigkeit erweitert. Gegenwärtig besteht das Hauptverfahren zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit von Polymeren darin, wärmeleitende Polymere mit hoher Füllung herzustellen. Die üblicherweise verwendeten wärmeleitenden Füllstoffe umfassen Metall, Metalloxid oder einige keramische Füllstoffe. Unter diesen zeigt Bornitrid eine höhere Wärmeleitfähigkeit, einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten und einen besseren Widerstandskoeffizienten sowie eine gute chemische Stabilität. Daher kann Bornitrid nicht nur die Wärmeleitfähigkeit der Polymermatrix effektiv verbessern, sondern auch die elektrische Isolierung des Materials aufrechterhalten, so dass es die erste Wahl ist, gefüllte Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit und Isolationsverbundstoffen herzustellen.

Wärmehärtbare Harze: Wärmehärtende Harze haben im Allgemeinen eine höhere Verformungstemperatur als thermoplastische Harze, und die am häufigsten verwendeten Heißpress- und Gießverfahren eignen sich zum Füllen anorganischer Füllstoffe in großen Mengen. Daher gibt es viele Studien zu wärmehärtbaren Harzen, und es wurden viele wichtige Forschungsergebnisse erzielt.

Das Unternehmen behandelte BN mit einem Silan-Haftvermittler und füllte dann Epoxidharz mit zwei verschiedenen Größen von hexagonalem Bornitrid (hBN, 0,2 und 4 Mikrometer) und einem kubischen Bornitrid (cBN, 1 Mikrometer). Es wurde festgestellt, dass das Füllen der Epoxidmatrix mit Multimode-Füllstoffen die thermische Kontaktfläche zwischen den Füllstoffen erhöhen kann. Die Oberflächenbehandlung von anorganischen Füllstoffen kann den Wärmeleitungswiderstand zwischen der Matrix und den Füllstoffen verringern, was beide die Wärmeleitfähigkeit von Verbundstoffen verbessern kann und auch den Vernetzungsgrad und die thermische Stabilität von Epoxidharz verbessern kann. Wenn BN mit Epoxidharz gefüllt ist und der Volumenanteil von BN 57% beträgt, erreicht die Wärmeleitfähigkeit des Verbundstoffs 10,3 W / (mK). Außerdem wurde gefunden, dass die Grenzfläche zwischen Füllstoff und Matrix durch Modifizieren von BN mit 2,4% Silan-Haftvermittler signifikant verbessert werden kann und die Wärmeleitfähigkeit um 97% erhöht werden kann.

Thermoplastharz: Thermoplastharz hat die herausragenden Vorteile einer guten Verarbeitbarkeit, einer kurzen Umformzeit und einer hohen Effizienz. Die Entwicklung von thermoplastischen Harz-basierten, wärmeleitenden Isolationskompositen mit guter Verarbeitbarkeit und hervorragender Gesamtleistung war immer das Ziel der Forscher.

 

Das Unternehmen wählte hexagonales Bornitrid (h-BN, Korngröße unter 0,7 µm) als Füllstoff aus und stellte Polyimid (PI) -Komposite durch Beschichtungsverfahren her. Durch die Verringerung der Grenzflächengröße und des Wärmeleitfähigkeitswiderstands wurde die Affinität zwischen den beiden Phasen erhöht und die Wärmeleitfähigkeit der Verbundstoffe verbessert. Fig. 1 zeigt die Struktur der Schnittstelle zwischen hBN und PI. Es ist ersichtlich, dass es weniger Defekte in der Grenzfläche gibt, die Phononstreuung der Grenzfläche wird verringert und die Wechselwirkung verbessert, und die Wärmeleitung ist einfacher. Wenn der Füllstoffgehalt 60% des Volumenanteils erreicht, steigt die Wärmeleitfähigkeit an.

 

Die Wärmeleitfähigkeit erreicht 7 W / (mK) und ist damit mehr als 30-fach höher als die der Matrix. Dies ist ein wertvoller Wert für die Wärmeleitfähigkeit. Oberflächenbehandeltes BN wurde zur Herstellung von Verbundstoffen mit guter Wärmeleitfähigkeit in eine Polyimidmatrix eingebettet und auf Wärmeableitungskomponenten aufgebracht, die in der Mikroelektronik-Industrie bei hoher Temperatur und Präzision verarbeitet werden. Wenn der BN-Volumenanteil 30% beträgt und das Massenverhältnis von Mikron zu Nanopartikeln 7: 3 beträgt, erreicht die Wärmeleitfähigkeit der Verbundstoffe 1,2 W / (mK), die Glasübergangstemperatur ist höher als 360 ° C und die thermische Die Zersetzungstemperatur ist höher als 536 ° C. Gleichzeitig weisen die Verbundstoffe eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Wärmestabilität auf.

Wärmeleitender Kautschuk ist eine Art Gummimatrix-Verbundwerkstoffe mit hoher Wärmeleitfähigkeit, elektrischer Isolierung und guter Abdichtung. Wenn es auf die Wärmeableitung von Komponenten angewendet wird, kann es die Lücke zwischen den Grenzflächen effektiv füllen, die Luft zwischen den kalten und heißen Grenzflächen entfernen und die Effizienz des Kühlers um etwa 40% verbessern.

Die Auswirkungen des BN-Gehalts und der Partikelgröße auf die Wärmeleitfähigkeit von HTV wurden untersucht. Es wurde gefunden, dass die Größe und Teilchengröße von HTV in einem bestimmten Verhältnis gleich waren.

 

Die maximale Wärmeleitfähigkeit kann durch BN-Hybrid-Füllkautschuk erreicht werden, und es ist einfacher, einen Wärmeleitungsweg mit einem Füllstoff mit großer Teilchengröße als mit einem Füllstoff mit kleiner Teilchengröße zu bilden. benutzen

 

Bei BN-gefülltem Siliconkautschuk mit 5 verschiedenen Morphologien und Größen wurde festgestellt, dass die Wärmeleitfähigkeit von scheibenförmigen Füllstoffen mit einem Aspektverhältnis nahe 20 höher war als die der anderen 4 Füllstoffe. BN-Nanoschichten / Polysiloxan-Verbundfilme mit hoher Orientierung wurden durch Modifizierung der BN-Nanoschichten mit Eisenoxid hergestellt. Die Wärmeleitfähigkeit von BN-Nanoschichten / Polysiloxan-Verbundfolien variiert mit der BN-Orientierung. Die Wärmeleitfähigkeit parallel zur Richtung des Nanoblattes ist 20 Mal höher als in vertikaler Richtung. Es ist ersichtlich, dass die gerichtete Anordnung von Füllstoffen in der Matrix die Wärmeleitfähigkeit von organischen / anorganischen Kompositen signifikant verbessern kann. Es hat potenzielle Anwendungen im Bereich Halbleiter mit hoher Wärmeleitfähigkeit und elektrischer Isolation.