中国粉体网讯常用于导热填料的粉体材料有：Al₂O₃、AlN、BN、Si₃N₄、MgO、ZnO、SiC等。尽管氧化铝导热系数相对不是太高，但其化学性质稳定，绝缘性能好，填充到聚合物中的黏度较低，可以得到很高的填充率，更重要的是价格相对较低，具有极高的性价比，因此氧化铝成为导热填料中用量最多、用途最广泛的一种填料、�br/>

Al₂O₃有α、γ、δ、η、θ、κ、χ等很多种晶型结构，其中α垊�span style="text-align: justify; text-indent: 32px; text-wrap: wrap;">Al₂O₃是最稳定的，其晶格氧离子为六方密排结构，铝离子对称地分布在氧离子围成的八面体中心，晶格能很大，因此具有熔点高、硬度高、绝缘性能优良、化学性能稳定等特点，α垊�span style="text-align: justify; text-indent: 32px; text-wrap: wrap;">Al₂O₃热导率大约为33~36 W/(m·K)，体积电阻率约为10¹⁰Ω·cm，是良好的导热绝缘填料、�/p>

α垊�span style="text-align: justify; text-indent: 32px; text-wrap: wrap;">Al₂O₃的颗粒形貌有球形、片状、不规则多棱角、蠕虫状、椭球状等多种形态；粒径范围有纳米级、亚微米级和微米级；颗粒结构有多晶和单晶之分，不同的微观结构对导热材料的性能影响很大、�/p>

Al₂O₃的形貌与填充性能

Al₂O₃形貌对填充性能影响较大，导热界面材料要求填料能均匀地分散在聚合物基体中，分布不均匀就会导致材料缺陷，影响其使用性能。同时，尅�span style="text-align: justify; text-indent: 32px; text-wrap: wrap;">Al₂O₃加入聚合物时，体系的黏度随着Al₂O₃加入量增加而增大，当黏度达到一定程度时，流动性会变差，填料就不能分散了，因此黏度指标是衡量填充性能的重要指标、�/p>

Al₂O₃颗粒的形貌越规整，其比表面就越小，同时与基体的摩擦力也越小，越易分散，因此体系黏度也就越小，填充率就越高，从而可以更好地形成导热网络，热导率也就越高。相对而言，同样粒径的颗粒，球形颗粒的黏度最低，椭球形、片状颗粒其次，棱角形颗粒的黏度最大、�/p>

不同形貌皃�span style="text-align: justify; text-indent: 32px; text-wrap: wrap;">Al₂O₃的SEM国�/p>

结晶程度与热导率

Al₂O₃属于非金属，依靠声子导热，即晶格振动，晶格中的质点之间发生振动，热量通过晶格振动的格波来传递，从而使热量从温度较高处传向温度较低处。格波在晶体传播时，遇到的散射被看作是声子间及声子与晶界、点阵缺陷等之间的碰撞，理想晶体中的热阻归结为声子与声子之间的碰撞、�/p>

根据上述理论＋�span style="text-align: justify; text-indent: 32px; text-wrap: wrap;">Al₂O₃晶体中的晶界、内部杂质等均会造成格波散射，导致其颗粒自身热导率下降。实验研究表明，存在晶格缺陷的熔融球彡�span style="text-align: justify; text-indent: 32px; text-wrap: wrap;">Al₂O₃其热导率较结晶发育完整的单晶Al₂O₃�?同比例填充率)、�/p>

尽管球形Al₂O₃外表面是圆球形，但其表面有的并不光滑，可以看到其由多晶的Al₂O₃熔融而成，在高温下尽管晶体收缩融合，但由于熔融时间短，晶体很难完全融合及重排，所以导致晶体内部存在晶界和裂隙，以及晶格没有充分发育造成晶格畸变，甚至还存在一定的闭气孔，这就会导致声子的散射，从而影响热导率、�/p>

杂质对产品性能的影哌�/strong>

Al₂O₃的杂质不但会对导热界面材料电气性能产生影响，而且对工艺性能也有一定影响、�span style="text-align: justify; text-indent: 32px; text-wrap: wrap;">Al₂O₃的杂质主要有混入性杂质和其他化学杂质。混入性杂质是Al₂O₃加工过程中由设备、管道、环境等引入的，往往是颗粒较大的异物，这类异物会在制品中造成表观或内在缺陷。而化学杂质影响最大的就是一些导电性离子，比如钠、钾离子或一些阴离子。导电性离子在高压下会形成局部放电，因此会造成界面材料的抗击穿电压下降，所以要严格控制导电离子的含量、�/p>

此外，若Al₂O₃的杂质中含有N、S、P等元素，也会对界面材料工艺造成较大影响，大多数导热界面材料的制备采用聚硅氧烷加成硫化工艺，使用铂催化剂促进硫化，而N、S、P等元素会造成铂催化剂中毒，从而使聚合物无法硫化、�/p>

填料表面功能化处理的影响

填料表面功能化处理是改善填料与基体相容性，提高填料在基体内分散性的有效途径。目前，常用的表面改性剂包括：表面活性剂、偶联剂和功能聚合物。共价官能团化是寸�span style="text-align: justify; text-indent: 32px; text-wrap: wrap;">Al₂O₃填料进行表面改性常用的方法，即利用改性剂不�span style="text-align: justify; text-indent: 32px; text-wrap: wrap;">Al₂O₃填料表面的特定官能团发生化学反应。对亍�span style="text-align: justify; text-indent: 32px; text-wrap: wrap;">Al₂O₃填充聚合物复合材料，通常使用聚多巴胺和偶联剂以修�?span style="text-align: justify; text-indent: 32px; text-wrap: wrap;">Al₂O₃颗粒表面的官能团、�/p>

大多�?span style="text-align: justify; text-indent: 32px; text-wrap: wrap;">Al₂O₃填料的表面处理对提高复合材料的导热性能有积极作用。但也有报道称，由于聚多巴胺本身的低导热系数，包覆于Al₂O₃填料表面后，可能会严重降低填料整体的导热系数，聚多巴胺改性的Al₂O₃填充复合材料的导热系数略低于未改�?span style="text-align: justify; text-indent: 32px; text-wrap: wrap;">Al₂O₃填充复合材料的导热系数、�/p>

填料杂化的影哌�/strong>

为了使聚合物复合材料的导热系数达到理想状态，在使用单一填料时往往会存在负载量过大而引发其他性能降低或成本升高的问题。因此可以将不同种类、尺寸和形状的导热填料进行复配，填料在较低负载率的情况下，提高涂层的导热性能和力学性能、�/p>

导热性能的提高主要归结于2个原因：一方面不同粒径或形状的混合填料彼此之间架起了桥梁，使颗粒堆积密度达到最大，从而形成更好的填料网络；另一方面不同粒径或形状的导热填料有助于填料在基体中均匀分散，降低复合材料的界面热阻、�/p>

�?span style="text-align: justify; text-indent: 32px; text-wrap: wrap;">Al₂O₃为填料时，常见的杂化体系大致分为2种，包括不同尺寸Al₂O₃的自身杂化和Al₂O₃与其他高导热填料的杂化、�/p>

氧化铝导热填料技术趋劾�/strong>

�?）提高结晶程度和颗粒形貌规整程度，不但有利于颗粒本身热导率，还可以降低黏度，增加填充率、�/p>

�?）研究复配工艺提高填充率和导热性能，即不同颗粒大小级配、不同形貌的复配、�/p>

�?）通过有效的表面改性，改善Al₂O₃和有机聚合物直接的浸润性，从而提卆�span style="text-align: justify; text-indent: 32px; text-wrap: wrap;">Al₂O₃填充率、�/p>

参考来源：

李建忠等：导热界面材料及导热填料Al₂O₃的技术研究，中铝郑州有色金属研究院有限公号�/p>

高正源等：氧化铝填充导热复合材料的制备和性能研究进展，重庆交通大学机电与车辆工程学院

（中国粉体网编辑整理/平安（�/p>

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