隨著工業(yè)電子行業(yè)的發(fā)展，電子元件、集成電路趨于密集化、小型化，“熱”已經(jīng)成為電器的運(yùn)行的頭等大敵。為了最大程度避免因散熱不力導(dǎo)致的電器故障，一般會(huì)在電子產(chǎn)品的發(fā)熱體與散熱設(shè)施之間的接觸面涂敷導(dǎo)熱硅膠以及導(dǎo)熱性硅膠制品為輔助，那么它的作用你都了解過嗎？

導(dǎo)熱硅膠是一種具有一定的柔韌性、優(yōu)良的絕緣性、壓縮性、表面天然的粘性，專門為利用縫隙傳遞熱量的設(shè)計(jì)方案生產(chǎn)的產(chǎn)品。除了能填充縫隙，完成發(fā)熱部位與散熱部位間的熱傳遞，同時(shí)還起到絕緣、減震等作用，滿足設(shè)備小型化及超薄化的設(shè)計(jì)要求，且厚度適用范圍廣，因此作為一種極佳的導(dǎo)熱填充材料被廣泛應(yīng)用于電子電器產(chǎn)品中。

不過普通硅膠產(chǎn)品是熱的不良導(dǎo)體，因此需要添加適合的導(dǎo)熱填料以提高其導(dǎo)熱性能，而在無機(jī)非金屬導(dǎo)熱絕緣粉體填料中，氧化鋁不但具有良好的絕緣性能，而且其導(dǎo)熱率也不低（常溫導(dǎo)熱率為30W/m·K），在種種優(yōu)勢(shì)加持下成為了最為常用的導(dǎo)熱填料之一。

說是導(dǎo)熱率不錯(cuò)，實(shí)際上離“良好”還是很有些距離的（比如說氮化鋁的導(dǎo)熱率為150W/m·K，是它的至少五倍），氧化鋁最出色的地方應(yīng)該是在于它的性價(jià)比。為了不失去這種優(yōu)勢(shì)，并同時(shí)提高氧化鋁的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，就得想方設(shè)法在原料不變的前提下提高硅膠的導(dǎo)熱性能。主要可選擇的方向有兩個(gè)，一是填料能在基體中形成導(dǎo)熱鏈或?qū)峋W(wǎng)；二是提高氧化鋁填料自身導(dǎo)熱率。

一、導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的形成

根據(jù)熱力學(xué)，導(dǎo)熱即熱能以振動(dòng)能的形式傳遞，即由物質(zhì)內(nèi)部微觀粒子相互碰撞和傳遞。由于硅膠是由不對(duì)稱的極性鏈節(jié)所構(gòu)成的高分子材料，整個(gè)分子鏈不能完全自由運(yùn)動(dòng)，只能發(fā)生原子、基團(tuán)或鏈節(jié)的振動(dòng)，因此導(dǎo)熱率很低，是熱的不良導(dǎo)體，只有通過填充高導(dǎo)熱性的填料增加材料的熱導(dǎo)率。

當(dāng)加入的填料量較少時(shí)，填料在硅膠基體中的分布近似以孤島形式出現(xiàn)，此時(shí)導(dǎo)熱率提高不大。為了提高導(dǎo)熱絕緣硅膠的導(dǎo)熱率，必須提高硅膠中填充氧化鋁的填充量，使氧化鋁顆粒在材料內(nèi)部形成導(dǎo)熱通道。但是一味提高氧化鋁填充量，就會(huì)對(duì)硅膠體系的工藝性能及產(chǎn)品的性能造成影響--一般來說，當(dāng)氧化鋁填充到導(dǎo)熱材料中，隨著填充量的增加，導(dǎo)熱材料的拉伸強(qiáng)度和硬度逐漸提高，而材料的柔韌性逐漸變差，其斷裂伸長(zhǎng)率不斷降低，這是因?yàn)檠趸X填充到高分子復(fù)合材料中，氧化鋁粉體對(duì)基體起到增強(qiáng)作用。

因此在制備高導(dǎo)熱絕緣硅膠材料時(shí)，不能單純依靠提高填充量來增加導(dǎo)熱性能，因?yàn)閷?dǎo)熱絕緣硅膠不但要求材料的導(dǎo)熱性，而且對(duì)粘度、可壓縮性、柔韌性均有所要求。若想進(jìn)一步提高導(dǎo)熱硅膠材料的導(dǎo)熱率，就得通過提高氧化鋁填料自身的性能來實(shí)現(xiàn)。此外，采用不同粒徑、不同形狀的導(dǎo)熱填料和不同種類的導(dǎo)熱填料復(fù)配填充，也可以發(fā)揮各種填料的特點(diǎn)，提高材料的熱導(dǎo)率，并降低成本。

對(duì)于導(dǎo)熱硅膠來說，粘度、可壓縮性、柔韌性同樣很重要

二、提高氧化鋁自身導(dǎo)熱率

若要提高氧化鋁自身的導(dǎo)熱率，必須提高晶體的結(jié)晶程度和致密度，因此氧化鋁填料必須具有高的α相含量，這是因?yàn)?/span>α相氧化鋁為六方結(jié)構(gòu)，是氧化鋁變體中最為致密的結(jié)構(gòu)。此外，α相納米氧化鋁還具有高硬度、高強(qiáng)度、耐熱、耐腐蝕等特性，其制備有多種工藝路線，主要采用的有以下幾種：

1.化學(xué)熱解法

化學(xué)熱解法要包括銨明礬熱解法、碳酸鋁銨熱解法和噴霧熱解法3種。

①銨明礬熱解法是用硫酸鋁銨溶液與硫酸銨反應(yīng)，制得銨明礬，再加熱分解成納米氧化鋁，此法工藝簡(jiǎn)單，但生產(chǎn)周期長(zhǎng)，難實(shí)現(xiàn)規(guī)模化；

②銨明礬熱解法改進(jìn)后形成了碳酸鋁銨熱解法，目前已見報(bào)道的是將銨明礬與碳酸氫銨反應(yīng)制得銨片鈉鋁石前驅(qū)沉淀，然后經(jīng)1200℃灼燒，可制得粒徑為15nm的氧化鋁粉體；

③噴霧熱解法是將金屬鹽溶液以霧狀噴入高溫氣氛中，使其中的水分蒸發(fā)，金屬鹽發(fā)生熱分解，析出固相，直接制備出納米氧化鋁陶瓷粉。

2.非晶態(tài)晶化法

此法主要是使非晶態(tài)的化合物經(jīng)退火處理后晶化。這種方法可生產(chǎn)出成分準(zhǔn)確的納米材料，且不需經(jīng)過成型處理，由非晶態(tài)可直接制備出納米氧化鋁。這種方法生產(chǎn)的納米結(jié)構(gòu)材料的塑性對(duì)晶粒的粒徑十分敏感。只有粒徑較小時(shí)，塑性較好，否則材料變得很脆。此方法法設(shè)備工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)率高，成本低，環(huán)境污染小，但產(chǎn)品粒度分布不均，易團(tuán)聚。

3.溶膠-凝膠法

該法在氧化物納米粉制備中應(yīng)用較多。其化學(xué)過程是將原料經(jīng)水解反應(yīng)生成活性單體，再聚合成溶膠，進(jìn)而生成具有一定結(jié)構(gòu)的凝膠，最后經(jīng)干燥和熱處理得納米粒子。整個(gè)反應(yīng)是：分子態(tài)-聚合體-溶膠-凝膠-晶態(tài)（或非晶態(tài)）的過程。

溶膠凝膠法反應(yīng)溫度低，產(chǎn)品晶型、粒度可控，且粒子均勻度高，純度高，反應(yīng)過程易于控制，副反應(yīng)少，但產(chǎn)品團(tuán)聚問題顯著，且以有機(jī)物為原料時(shí)毒性大，價(jià)格高。

4.液相沉淀法

液相沉淀法是在溶液的狀態(tài)下，通過化學(xué)反應(yīng)使原料中的有效成分生成沉淀，再經(jīng)過濾、洗滌、干燥、熱分解制備納米粒子。它包括直接沉淀法、共沉淀法和均勻沉淀法。

①直接沉淀法是通過沉淀反應(yīng)從溶液中制備納米粒子；

②共沉淀法是把沉淀劑加入到混合后的金屬鹽溶液中，使各組份混合沉淀，再經(jīng)加熱分解得到超微粒子；

③均勻沉淀法是以易緩慢水解的物質(zhì)為沉淀劑，利用水解速率控制粒子生長(zhǎng)速度從而得到納米粒子的方法。它可減少團(tuán)聚，產(chǎn)品粒度均勻，粒徑分布窄，純度高。

沉淀法操作簡(jiǎn)單，工藝流程短，成本低，但反應(yīng)易受溶液組分、濃度、溫度、時(shí)間等的控制，不易形成分散粒子。但近年來，通過引入冷凍干燥、共沸干燥、超臨界干燥等工藝，有效解決了硬團(tuán)聚問題，能制得質(zhì)量較高的納米粒子。

5.反膠團(tuán)微乳法

該法是使互不相溶的兩種溶液中的一種以微小液滴的形式（水相）分散于另一相中（油相）形成微乳液（w/o型），用水相作為氧化物或氫氧化物生成的微反應(yīng)器，發(fā)生沉淀反應(yīng)，再經(jīng)洗滌、干燥、煅燒得到納米氧化鋁粉體。

反膠團(tuán)微乳法操作簡(jiǎn)單，可以通過改變?cè)辖M分的方式控制粒徑，而且粒徑分布窄，制出的均勻多相無機(jī)化合物粉末對(duì)功能陶瓷材料的生產(chǎn)有重要意義。但產(chǎn)品粒子過細(xì)，提高了后續(xù)分離過程的難度。

6.溶劑蒸發(fā)法

該法先將金屬鹽溶液制成微小液滴，將溶劑快速蒸發(fā)，溶質(zhì)析出得納米粒子。溶劑蒸發(fā)法又包括直接干燥法、噴霧干燥法及冷凍干燥法、超臨界干燥法等。

①干燥法效率酸低，質(zhì)量差，應(yīng)用受到了限制；

②噴霧干燥法以硝酸鋁、碳酸鋁銨為原料，操作簡(jiǎn)單，但硝酸鋁分解放出氮氧化物，可能會(huì)污染環(huán)境；

③冷凍干燥法產(chǎn)品均勻性好，但成本高；

④超臨界流體干燥技術(shù)以硝酸鋁為原料，在無機(jī)鹽-有機(jī)溶劑體系制得的氧化鋁粒徑小，孔徑大，密度低，表面能高，產(chǎn)品應(yīng)用潛力巨大。

另外，氧化鋁形貌也對(duì)導(dǎo)熱率有不同程度的影響。根據(jù)不同的燒成控制，氧化鋁的晶體形貌可以呈現(xiàn)出蠕蟲狀、片狀、球形（類球形）等形貌，目前在高導(dǎo)熱絕緣材料中填充的氧化鋁形貌主要以球形（類球形）為主。也有一些研究機(jī)構(gòu)使用片狀氧化鋁制作高導(dǎo)熱絕緣硅橡膠復(fù)合材料。

類球形氧化鋁和片狀氧化鋁

總之，作為導(dǎo)熱絕緣硅膠用的填料氧化鋁，其晶體形貌、粒徑分布等都會(huì)對(duì)導(dǎo)熱絕緣硅膠材料的導(dǎo)熱率及產(chǎn)品性能有很大的影響。因此要想提高復(fù)合材料導(dǎo)熱性能，控制氧化鋁的性能指標(biāo)是相當(dāng)關(guān)鍵的工作。