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Bor-Nitrid thermisch leitfähigen Füller

Feb 03, 2017

Bornitrid gefüllt thermisch leitfähige composites

Zusammenfassung: Vor kurzem ist die Vorbereitung der hohe thermische leitfähige isolierende Matrix Polymerkomposite durch Zugabe von thermisch leitfähigen Füllstoffen ein heißes Forschungsthema geworden. In diesem Papier wird der Stand der Forschung von Hitze leitfähige Kunststoffe und thermische Leitgummi mit Bornitrid (BN) als Füllstoff überprüft. Gefunden auf der Füller Oberflächenbehandlung, verbessern die Kompatibilität zwischen Matrix und Füllstoff, Verringerung der Hitzebeständigkeit Wärmeleitung zwischen den beiden; multimode Füllstoff mit den entsprechenden Anteil der Hybrid Polymer-Matrix zu füllen, können Füller die Kontaktfläche erhöht, wodurch effektiv verbessert die thermische Leitfähigkeit des Polymer-Matrix-Verhältnis machen. In diesem Papier werden die Wärmeleitung Mechanismus und typische theoretisches Modell gefüllte thermisch leitfähige Composites kurz vorgestellt.

Thermisch leitfähige Polymer Composites haben die Vorteile der Korrosionsbeständigkeit, Licht, etc., sind weit verbreitet in Luft-und Raumfahrt und die Nutzung der Solarenergie und anderen Bereichen Mikroelektronik Verpackung, Wärmetechnik, Verfahrenstechnik, Art der Zubereitung ein Forschung-Hotspot geworden. Obwohl die überwiegende Mehrheit der Polymere Isolatoren und hervorragende elektrische Isolationseigenschaften, ihre Wärmeleitfähigkeit ist sehr gering bei 0,15 W / (m * K) ~ 0 25 w / (m * K) Bereich. Wenn die thermische Leitfähigkeit von Polymerwerkstoffen gegeben werden kann, wird seine Anwendung im Bereich der thermischen Leitfähigkeit erweitert werden. Die Methode zur Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit von Polymeren ist vor allem die Herstellung von hoch gefüllte thermisch leitfähige Polymer, leitfähigen Metall einschließlich häufig verwendete füllen (Aluminium, Kupfer), Metalloxiden (Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid, etc.) oder einige keramische Füller wie Siliziumdioxid, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Aluminium-Nitrid, Bornitrid, etc... Die Bornitrid weist eine höhere Wärmeleitfähigkeit (ca. 300 W / (M? (K)), und hat die Vorteile der geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und Widerstand-Koeffizient, gute chemische Beständigkeit und So weiter. Daher die Bornitrid kann nicht nur zur Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit der Polymermatrix, sondern auch die elektrische Leitfähigkeit des Materials halten kann

Daher ist es die erste Wahl für die Vorbereitung der hohen thermischen Leitfähigkeit und Isolierung-composite-Materialien.

Stand der Forschung von 1 Bornitrid (BN) gefüllt leitfähige Verbundmaterialien

1.1 thermisch leitfähigen Kunststoffen isolieren

1.1.1 duroplastische Harz: duroplastische Harz aufgrund der heißen Deformation Temperatur ist in der Regel hohe spezifische Wärme-Kunstharz, und ihre am häufigsten verwendeten Heißpressen und Casting molding Verfahren eignet sich für eine große Anzahl von anorganischen Füllstoff. Daher haben viele Forschungen auf duroplastischen Harzen getan worden und viele wichtige Ergebnisse wurden erzielt. Yung 15 mit dem Silan Kopplung Agent Oberflächenbehandlung von BN, und dann in 2 verschiedenen Größen der hexagonalen Bornitrid (hBN, 0,2 M und 0,4 m) und 1 Arten von kubische Bornitrid (cBN, 1 m) mit Epoxidharz gefüllt mit Multi Modell Hybrid Füller füllen die Epoxy-Matrix kann der Füller die Kontaktfläche zwischen der Hitze erhöhen. Oberflächenbehandlung von anorganischen Füllstoffen reduzieren die Hitze Übergangswiderstand zwischen der Matrix und Füller, beide die Wärmeleitfähigkeit der Verbundwerkstoffe verbessern können, und auch zu, den Grad der Vernetzung und thermische Stabilität von Epoxy-Harzen verbessern kann. Epoxidharz gefüllt mit BN Xu 16, Volumenanteil des Füllstoffs beträgt 57 % BN, die Wärmeleitfähigkeit der Verbundwerkstoffe erreicht 10 3W / (M - K), darüber hinaus mit der Massenanteil der modifizierten BN Silan Kopplung Agent 2,4 %, kann erheblich verbessern den Füller und Matrix-Schnittstelle, die thermische Leitfähigkeit kann durch 97 % erhöht werden.

1.1.2 thermoplastischem Harz thermoplastischen Harz hat gute Verarbeitbarkeit, kurzen Formen Zyklus, hohe Effizienzvorteile, die Entwicklung der guten Verarbeitbarkeit und hervorragende umfassende Eigenschaften von thermoplastischen Harz composite Wärmeisolationsmaterial, seit jeher das Ziel der Forscher. Sato mit sechs Bornitrid h-BN Partikel Größe weniger als 0,7 m) als Füllstoffe, bereiteten sich durch Beschichtung Polyimid (PI)-composite-Materialien, durch die Reduzierung des Schnittstelle Größe und Hitze Wärmeleitung Widerstands, erhöhte sich um zwei und die Affinität mit der Wärmeleitfähigkeit der Verbundwerkstoffe erhöht. Abb. 1 zeigt die strukturelle Verbindung zwischen hBN und PI, und es ist ersichtlich, dass es wenig Verbindung zwischen den beiden gibt, die Schnittstelle Phonon Streuung reduziert wird und die Interaktion wird verbessert. Wenn die Füllmenge der Volumenanteil von 60 %, Wärmeleitfähigkeit von 7 W / (M - K), erhöhte sich um 30 Mal im Vergleich mit dem Substrat, die Wärmeleitfähigkeit ist sehr wertvoll. Li (18) und So weiter, wurde die Oberfläche behandelten BN in der Polyimid-Matrix und der Verbund-Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit eingebettet wurde vorbereitet. Wenn der BN Volumenanteil von 30 %, Mikro und Nano Partikel Massenverhältnis ist 73, die Wärmeleitfähigkeit der Verbundwerkstoffe war so hoch wie 1,2 W / (M - K), die Glasübergangstemperatur ist höher als 360, die thermische Zersetzung-Temperatur von mehr als 536, der Verbundwerkstoff hat gleichzeitig hohe Wärmeleitfähigkeit und thermische Stabilität.

1.2 thermische Isolierung Kautschuk

Thermische Leitgummi ist eine Art von Kautschuk Basis Composites mit hoher Wärmeleitfähigkeit, elektrische Isolierung und guten Abdichtungseigenschaft. Das Gebrauchsmuster kann verwendet werden, um effektiv die Lücke zwischen den Schnittstellen als Komponenten gekühlt werden, und die Luft zwischen der heißen und kalten Schnittstellen beseitigt werden kann und die Heizkörper-Effizienz um ca. 40 % erhöht werden kann. Zhou 19 Mrd. Inhalte und Partikel Größe der Hochtemperatur vulkanisiert Silikon Kautschuk (HTV) Wärmeleitfähigkeit Effekt, fand eine bestimmte prozentuale Größe der BN-Hybrid-Silikon-Kautschuk mit maximale Wärmeleitfähigkeit und große Partikel Größe Füllstoffen gefüllt, als kleine Größe sind wahrscheinlicher, leitfähige Kanäle bilden. Wenn Kemaloglu (20) mit Silikon-Kautschuk mit verschiedenen Formen und Größen gefüllt war, es wurde festgestellt, dass die Wärmeleitfähigkeit des Datenträgers wie Füllstoff mit dem Seitenverhältnis des in der Nähe von 20 höher als die der anderen 4 Arten von BN. Cho mit Eisenoxid auf BN Nanosheets vorbereitet von modifizierte Nano BN / Polysiloxan Komposit Filme mit hohen Orientierung , seiner thermischen Leitfähigkeit

Die BN Ausrichtungsänderungen, parallel zur Richtung des Nano-Films, die thermische Leitfähigkeit 20 Mal höher als in vertikaler Richtung, sichtbar in der Matrix Füller Orientierung Anordnung der organisch / anorganischen composite Material Wärmeleitfähigkeit beträgt können erheblich verbessern, seine Anwendung in elektrische Isolierung, hohe thermische Leitfähigkeit des Halbleiter-Bereich-Potenzial.

Theoretische Untersuchung der 2 gefüllt leitfähige Composites

2.1 Hitze Wärmeleitung Mechanismus

Die Wärmeleitfähigkeit der gefüllte thermisch leitfähige Polymer Composites Wärmeleitfähigkeit und Polymer-Matrix ist nicht nur relevant, sondern auch im Zusammenhang mit der Wärmeleitfähigkeit von Füller, Partikelgröße, Morphologie und der relative Inhalt von Matrix und das Zusammenspiel von vielen Faktoren ab. Die Wärmeleitfähigkeit von thermisch leitfähigen Füllstoffen ist viel besser als die der Matrixmaterialien, und die thermische Leitfähigkeit der Verbundwerkstoffe ist höher als die der reinen Polymermatrix. Nur, wenn das Füllmaterial weniger als die meisten des Füllers vom Polymer-Matrix-Paket beträgt kann nicht einander einen Kontakt und Interaktion des realen, nicht auf das Polymer Composites Wärmeleitfähigkeit Beitrag bilden; nur dann, wenn der Füllstoff Umfang einen kritischen Wert, nämlich die Perkolationsschwelle erreicht, um ein wirkliches Gefühl der Kontakt und die Interaktion zwischen Wärmeleitung beim Ausfüllen zu erreichen wird Struktur ähnliche Kette oder Netzwerk - um ein System von Hitze Wärmeleitung Kette (Netzwerk), bilden die Wärmeleitfähigkeit der Komposite, wie Abb. 2 Nano Bornitrid Materialien der Wärmeleitung in 13 Absicht deutlich verbessern.

Als Füllstoff in die Richtung der Wärmeleitung Durchführung nicht bilden eine Kette, das Ersatzschaltbild Serie System, Matrix und Füller als 2 thermischen Widerstand, Wärmeleitfähigkeit der zusammengesetzte Formel: 1 / Lambda Phi = 2 / Lambda + (1 - Phi) / Lambda 1 (Lambda-Typ:-Verbundwerkstoffe thermische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit von Polymer - Lambda 1 Lambda 2 - Füllstoff; Wärmeleitfähigkeit; Phi - gefüllte Partikel in das Gesamtsystem der Volumenanteil, die gleiche unten). System der Wärmeleitfähigkeit von der Wärmeleitfähigkeit des niedrigen Polymer, Wärmewiderstand in Strömungsrichtung Wärme ist größer, was zu schlechten Wärmeleitung Heizsystem; Wenn thermisch leitfähigen Füller Wärmeleitung Kette in Strömungsrichtung Wärme, die äquivalente Parallelschaltung erhitzen ist die Wärmeleitfähigkeit der zusammengesetzte Formel: Lambda = 2 + (1 - Lambda Phi Phi-Lambda) 1, der größte Teil Wärme Durchströmen der hohen thermischen Leitfähigkeit Füller, kleinen thermischen Widerstand in der Strömung Richtung Heizsystem, gute Wärmeleitfähigkeit. Daher muss zur Erlangung der hohen thermischen Leitfähigkeit Polymerkomposite Matrix die wärmeleitende Kette in die Richtung des Wärmeflusses in den inneren Teil des Systems gebildet werden

Schlüsselmaterial.

2.2

Wärmeleitung-Modell

Bei der Durchführung der Forschung seit vielen Jahren, die Forscher nach der Methode der minimalen thermischen Widerstand Netzwerktheorie Methode und Homogenisierung vorgelegt verschiedene Füllung Typ zusammengesetzte Wärmeleitfähigkeit Vorhersagemodell, und das Modell geändert und verbessert. Wie Maxwell-Eucken Bruggeman, Hamil-Tonne-Crosser und andere kugelförmige Partikel Wärmeleitfähigkeit Modell und Springer-Tasi, Rayleigh und andere Faser gefüllt Wärmeleitfähigkeit Modell gefüllt. Allerdings beschränken sich die meisten dieser Modelle auf die geringe Füllmenge (Volumen Bruchteil 0 %)

(30 %) und einigen Systemen (z. B. einzelne Füllstoff des Systems von zwei Yuan), so dass die Universalität nicht hoch ist. Agari 23, Analysen die Mängel des Modells unter Berücksichtigung der Füller der Kristallinität und Kristallgröße des Polymers, auswirken wird ändern Sie die Wärmeleitfähigkeit des Polymers und Füllstoff, vorausgesetzt, gleichmäßige Verteilung, vertikal und parallel Wärmeleitung-Mechanismus, der Füller eignet sich eher bei hoher Belastung.

3 Faktoren, die die Wärmeleitfähigkeit thermisch leitfähige Composites

33.1 Materialauswahl matrix

Die Zusammensetzung und Struktur der Polymermatrix beeinflussen direkt die Wärmeleitfähigkeit der Verbundwerkstoffe. Das Polymer hat eine Vielzahl von Quellen, low-cost, gute mechanische Eigenschaften, einfache Verarbeitungstechnologie und hohen thermischen Leitfähigkeit eignet sich besser als das Matrixmaterial verwendet werden. Erfüllen diese Anforderungen der Polymermatrix sind die folgenden Sorten: leitfähige Kunststoffe (HDPE, LDPE, PI, PA6, etc.), thermische Leitfähigkeit des Gummis (Silikon-Kautschuk, Naturkautschuk, etc.).

3.2 Auswahl und Behandlung der Verpackung

Hohe Reinheit, Feinstruktur, paar Gitterdefekten und hohen thermischen Leitfähigkeit sind der Schlüssel zu hohen thermischen Leitfähigkeit Verbundwerkstoffe zu erhalten. Betrachtet man die Verteilung des Füllers in die Matrix basiert auf die Art und Weise von der Wahl der verschiedenen Methoden (Kopplung Agent-Behandlung, Ultraschallbehandlung oder Plasmabehandlung) Oberflächenbehandlung von Füllstoffen, Verbesserung die organische und anorganische Matrix füllen

Die Kompatibilität zwischen Füller und reduzieren die Schnittstelle thermischen Widerstand.

3.3 Auswahl und Optimierung der Prozessbedingungen

Es gibt 4 Methoden zur Herstellung von thermisch leitfähige Verbundwerkstoffe, die Pulver mischen, Mischen von Schmelze, Lösung mischen und mischen. Die Studie ergab, dass die Verwendung von Pulver, Füllstoffpartikel verstreut in der Matrix in das beste System die höchste thermische Leitfähigkeit hat; unterschiedlicher Korngröße Dispersion von das beste System der Wärmeleitfähigkeit Füllstoffe die höchsten Füllung, die Füllung kann den Kontakt zwischen maximieren, zur Verbesserung die Wärmeleitfähigkeit von Materialien mit verschiedenen Morphologien sind sehr günstigen Tarif; Füllstoffe und Kollokation verwenden, haben auch einen erheblichen Einfluss auf die Verbesserung der materiellen Wärmeleitfähigkeit und mechanischen Eigenschaften, thermische Stabilität.

4. Zusammenfassung und Aussicht

Obwohl die theoretische und experimentelle Forschung auf Polymerbasis thermisch leitfähige Materialien basiert und entwickelt wurde, aber die meisten von ihnen sind auf die hohe Füllmenge des Füllers beschränkt, kann die thermische Leitfähigkeit von Composites deutlich verbessert. Niedrige füllen, wie das Material hohen Wärmeleitfähigkeit zu realisieren und gleichzeitig die Material Verarbeitbarkeit und mechanische Eigenschaften ist das Ziel der künftige Arbeit, zusammengesetzte exzellente Forschung und Entwicklung, um den Bedürfnissen moderner Landesverteidigung und Wirtschaftsentwicklung. Dabei ist zu erwarten, dass der Verbundwerkstoff Wärmedämmung eine sehr gute Entwicklung haben wird.