一种导热复合材料及其制备方法与流程

本申请涉及导热材料，具体而言，涉及一种导热复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着5g时代的到来、现代电子设备的小型化和多功能化，电子元器件单位面积的功率密度迅速增加，电子元器件在运行过程中产生的大量热量如果不能及时传递出去将导致电器元件出现热故障。通常电器元件都会设置散热器，而封装的电子元器件与散热器之间有薄的空间，这一层薄的空间由空气填充，由于空气导热率非常低通常在0.024w/mk(0℃)、0.03(100℃)，近似绝热。

2、为保证散热器起到散热效果，通常在该空气层填充柔性导热材料，将电子元器件散的热量传到散热器，从而把热量导出去。该柔性导热材料既要保证填充没有缝隙、又要保证具有高的导热效果，现有的导热材料通常由聚合物硅脂、导热凝胶、导热垫片、相变材料等有机聚合物材料，这些材料具有一定的流动性，具有好的填充密封性，但导热性能较差，因此向这些有机聚合物材料中加入填料，如氧化铝颗粒、氮化铝颗粒、fe-si合金粉、fe-cr合金粉、陶瓷材料、碳基材料等，但其导热性能仍不理想。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供了一种导热复合材料及其制备方法，以改善目前导热材料的导热性能不佳的问题。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种导热复合材料，导热复合材料包括导热硅胶基体、导热颗粒和碳纤维；导热颗粒分布于导热硅胶基体内；碳纤维相互平行分布于导热硅胶基体中，至少部分碳纤维间直接接触和/或至少部分碳纤维间通过导热颗粒间接接触、以形成导热通路，导热颗粒包括第一类导热颗粒、第二类导热颗粒和第三类导热颗粒，第一类导热颗粒的粒径范围为1-5μm；第二类导热颗粒的粒径范围为5-15μm；第三类导热颗粒的粒径范围为15-40μm，第一类导热颗粒、第二类导热颗粒和第三类导热颗粒的质量比为1：(1.2～1.8)：(3～4.5)。

3、采用以上设计，通过使碳纤维在导热硅胶基体中定向排列，呈现相互平行分布状态，并在导热硅胶基体中加入导热颗粒，且采用粒径范围为1-5μm、5-15μm和15-40μm的小、中、大三类粒径范围的导热颗粒，同时控制三类粒径范围的导热颗粒的质量比在1：(1.2～1.8)：(3～4.5)这个适当的范围，能够兼顾比表面积和填充的有序性，实现对碳纤维较好的衔接效果和对导热通路的定向效果，构建成多个同向的导热通路，使热量沿着设定的方向进行传输。

4、结合第一方面，本申请可选的实施方式中，导热颗粒在导热复合材料中的质量占比不超过80％。

5、在上述实现过程中，控制导热颗粒的添加量不超过导热复合材料的80％，使得导热复合材料具有较好的柔韧性，进而实现减小和待散热器件的之间的接触缝隙。

6、结合第一方面，本申请可选的实施方式中，导热颗粒的材质包括氧化铝、氮化硼和氮化铝中的至少一种。

7、在上述实现过程中，导热颗粒在导热复合材料中主要起到“桥连”碳纤维的作用，与碳纤维一起建立导热通路，故其需要有较好的导热性能，而氧化铝、氮化硼和氮化铝等均具有较好的导热性能，本领域技术人员可根据实际需要对导热颗粒的成分进行具体的选择。

8、结合第一方面，本申请可选的实施方式中，导热颗粒的晶格为α型。

9、由于α型晶格的导热颗粒具有稳定性好、耐高温性能好、良好的导热性能和良好的光学特性等优点，在上述实现过程中，控制导热颗粒的晶格为α型，避免在使用过程中发生反应，而导致导热颗粒的损失和失活，有效的保证了导热复合材料的使用寿命。

10、结合第一方面，本申请可选的实施方式中，碳纤维的平均直径为5-30μm。

11、在上述实现过程中，控制碳纤维的平均直径为5-30μm，能够保证碳纤维的硬度和强度等性能，避免在制备过程中发生断裂，导致需要更多的导热颗粒来实现桥接。同时，还能使得导热通路的导热效果更佳。

12、结合第一方面，本申请可选的实施方式中，碳纤维在导热复合材料中的质量占比为5％-40％。

13、在上述实现过程中，碳纤维的添加量越多，其对导热复合材料的导热性能的积极影响越大，同时碳纤维的添加量越少，其对导热复合材料的柔韧性的积极影响越大，导热复合材料的柔韧性越好，其加工难度越低，故控制碳纤维的添加量为导热复合材料的5％-40％可兼顾导热效果和材料的柔韧性。

14、结合第一方面，本申请可选的实施方式中，导热硅胶基体的原料包括第一导热硅胶、第二导热硅胶和催化剂；第一导热硅胶和第二导热硅胶的材质不同；第一导热硅胶包括乙烯基聚二甲基硅油、含氢聚二甲基硅油、侧含氢聚二甲基硅油、改性硅油、甲基硅树脂、乙烯基硅树脂、四甲基二乙烯基二硅氧烷、乙炔基环己醇、四甲基二乙烯基二硅氧烷和乙炔基环己醇中的至少一种；第二导热硅胶包括乙烯基聚二甲基硅油、改性硅油、甲基硅树脂、乙烯基硅树脂、四甲基二乙烯基二硅氧烷、乙炔基环己醇、四甲基二乙烯基二硅氧烷和乙炔基环己醇中的至少一种；催化剂包括贵金属催化剂。

15、第二方面，本申请实施例提供了一种导热复合材料的制备方法，方法包括：

16、把导热硅胶基体的原料、导热颗粒和碳纤维进行混合，得到浆料；

17、对浆料中的碳纤维进行取向处理，以使碳纤维呈相互平行的分布，后进行烘干固化，得到导热复合材料；

18、其中，导热颗粒包括第一类导热颗粒、第二类导热颗粒和第三类导热颗粒，第一类导热颗粒的粒径范围为1-5μm；第二类导热颗粒的粒径范围为10-30μm；第三类导热颗粒的粒径范围为50-90μm，第一类导热颗粒、第二类导热颗粒和第三类导热颗粒的质量比为1：(1.2～1.8)：(3～4.5)。

19、采用以上设计，通过在制备过程中采用取向处理使碳纤维在导热硅胶基体中定向排列，呈现相互平行分布状态，并在导热硅胶基体中加入导热颗粒，在碳纤维延伸方向上利用导热颗粒将相邻的碳纤维衔接起来，构建成多个同向的导热通路，使热量沿着设定的方向进行传输，有效的提高了导热材料的导热性能。

20、结合第二方面，本申请可选的实施方式中，取向处理为挤压处理，挤压处理的挤压压力不低于1mpa。

21、在上述实施过程中，通过挤压处理来实现对碳纤维的取向处理，相比于采用电磁场进行取向，能够在更低的能耗下实现相同的效果，有效的降低了能耗。

22、结合第二方面，本申请可选的实施方式中，导热硅胶基体的原料包括第一导热硅胶、第二导热硅胶和催化剂；导热颗粒包括第一类导热颗粒、第二类导热颗粒和第三类导热颗粒；把导热硅胶基体的原料、导热颗粒和碳纤维进行混合，得到浆料包括：

23、把第一导热硅胶、第一类导热颗粒和第二类导热颗粒进行混合，得到第一中间浆料；

24、把中间浆料、第二导热硅胶、第三类导热颗粒和催化剂进行混合，得到第二中间浆料；

25、把第二中间浆料和碳纤维进行混合，得到浆料。

技术特征：

1.一种导热复合材料，其特征在于，所述导热复合材料包括导热硅胶基体、导热颗粒和碳纤维；所述导热颗粒分布于所述导热硅胶基体内；所述碳纤维相互平行分布于所述导热硅胶基体中，至少部分所述碳纤维间直接接触和/或至少部分所述碳纤维间通过所述导热颗粒间接接触、以形成导热通路，所述导热颗粒包括第一类导热颗粒、第二类导热颗粒和第三类导热颗粒，所述第一类导热颗粒的粒径范围为1-5μm；所述第二类导热颗粒的粒径范围为5-15μm；所述第三类导热颗粒的粒径范围为15-40μm，所述第一类导热颗粒、所述第二类导热颗粒和所述第三类导热颗粒的质量比为1：(1.2～1.8)：(3～4.5)。

2.根据权利要求1所述的导热复合材料，其特征在于，所述导热颗粒在所述导热复合材料中的质量占比不超过80％。

3.根据权利要求1或2所述的导热复合材料，其特征在于，所述导热颗粒的材质包括氧化铝、氮化硼和氮化铝中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的导热复合材料，其特征在于，所述导热颗粒的晶格为α型。

5.根据权利要求1所述的导热复合材料，其特征在于，所述碳纤维的平均直径为5-30μm。

6.根据权利要求1或5所述的导热复合材料，其特征在于，所述碳纤维在所述导热复合材料中的质量占比为5％-40％。

7.根据权利要求1所述的导热复合材料，其特征在于，所述导热硅胶基体的原料包括第一导热硅胶、第二导热硅胶和催化剂；所述第一导热硅胶和第二导热硅胶的材质不同；所述第一导热硅胶包括乙烯基聚二甲基硅油、含氢聚二甲基硅油、侧含氢聚二甲基硅油、改性硅油、甲基硅树脂、乙烯基硅树脂、四甲基二乙烯基二硅氧烷、乙炔基环己醇、四甲基二乙烯基二硅氧烷和乙炔基环己醇中的至少一种；所述第二导热硅胶包括乙烯基聚二甲基硅油、改性硅油、甲基硅树脂、乙烯基硅树脂、四甲基二乙烯基二硅氧烷、乙炔基环己醇、四甲基二乙烯基二硅氧烷和乙炔基环己醇中的至少一种；所述催化剂包括贵金属催化剂。

8.一种导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

9.根据权利要求8所述的导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述取向处理为挤压处理，所述挤压处理的挤压压力不低于1mpa。

10.根据权利要求8所述的导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述导热硅胶基体的原料包括第一导热硅胶、第二导热硅胶和催化剂；所述导热颗粒包括第一类导热颗粒、第二类导热颗粒和第三类导热颗粒；所述把导热硅胶基体的原料、导热颗粒和碳纤维进行混合，得到浆料包括：

技术总结
一种导热复合材料及其制备方法，属于导热材料技术领域；导热复合材料包括导热硅胶基体、导热颗粒和碳纤维；导热颗粒分布于导热硅胶基体内；碳纤维相互平行分布于导热硅胶基体中，至少部分碳纤维间直接接触和/或至少部分碳纤维间通过导热颗粒间接接触、以形成导热通路，导热颗粒包括第一类导热颗粒、第二类导热颗粒和第三类导热颗粒，通过使碳纤维在导热硅胶基体中定向排列，呈现相互平行分布状态，并在导热硅胶基体中加入导热颗粒，并通过控制三类导热颗粒的粒径和质量比，兼顾比表面积和填充的有序性，实现对碳纤维较好的衔接效果和对导热通路的定向效果，构建成多个同向的导热通路，使热量沿着设定的方向进行传输。

技术研发人员：王研,曲奕安,宋硕,霍珊,杨吉
受保护的技术使用者：厦门斯研新材料技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14