一种球形氧化铝/石墨烯复合导热硅脂及其制备方法
【专利说明】一种球形氧化铝/石墨烯复合导热硅脂及其制备方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及一种大功率电子元器件封装散热用的一种球形氧化铝/石墨烯复合导热娃脂及其制备方法
【背景技术】
[0003]导热硅脂是一种高导热有机硅材料，可在-50~300°C温度下长期保持膏状，广泛应用于高功率电子元器件发热体与散热基座之间，有效地降低了界面接触热阻。随着电子元器件向大功率化、集约化发展，对导热系数高、热稳定性优异、析油值低的高性能导热硅脂需求越来越大。
[0004]氧化铝来源丰富，是电解铝的主要原料。在铝合金熔炼过程中，由于突发情况出现过烧情况，使得部分γ_Α1203氧化成α-Α1 203，α-Α1203俗称为刚玉，具有优异的导热性能、电器绝缘性能，铝合金熔炼中将过烧产生的氧化铝很难再次进行使用。本发明充分利用α-Α1203所具有的特性，通过与石墨烯的复配，制备出导热系数高、绝缘性能优异、性价比高、应用范围广的导热硅脂。
[0005]另外，球形氧化铝其粒子球形率高、粒度分布宽，可进行高密度填充，可得到粘度低、流动性好、热传导率高、散热性好的导热硅脂。同时因其外观为球形，对密炼机的磨损大大降低，可延长设备的使用寿命。
[0006]
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种用于大功率电子元器件封装散热用的一种球形氧化铝/石墨烯复合导热硅脂。
[0008]本发明提供的一种球形氧化铝/石墨烯复合导热硅脂，该导热硅脂由改性球形氧化铝/石墨烯复配导热填料填充硅油，通过密炼机密炼制成。其中各组分质量份数为:硅油10~40份(优选25份)，改性球形氧化铝/石墨烯复配导热填料60~80份(优选70份)，硅烷偶联剂为导热填料的3%~8% (优选5%)，交联剂为硅油的0.1%~1% (优选0.5%)，抗氧剂为
0.1~1份(优选0.5份)。
[0009]所述的硅油为:二甲基硅油:甲基苯基硅油:含氢硅油=1:1:1，其中二甲基硅油在温度为25°C时粘度为100~1000cps (优选500cps)，甲基苯基硅油在温度为25°C时粘度为100~500cps (优选200cps)，含氢硅油在温度为25°C时粘度为100~500cps (优选300cps)。
[0010]所述的球形氧化铝为:α-Α1203: γ -Α1 203=1:1，其中 γ_Α1203加热到 950~1300°C转化得到α -Α1203，其中D50为5~20um (优选10um)，球化率彡90%。
[0011]所述的石墨烯为通过化学气相沉积法(PVDC)制备的石墨烯。
[0012]所述的偶联剂为:γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570):甲基苯基二甲氧基硅烷(KH1621):正十二烷基三甲氧基硅烷(KH3112) =1:1:1。
[0013]所述的交联剂为过氧化二异丙苯(DCP)。
[0014]所述的抗氧剂为三[2.4- 二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)。
[0015]所述的一种球形氧化铝/石墨烯复合导热硅脂的制备包括以下步骤:
(1)准确称取50~70份(优选60份)5~20um(优选10um)的球形氧化铝、5~15份(优选10份)的石墨稀，通过高速混合机1800~3000r/min (优选2400r/min)、10~20min (优选15min)混合均勾，待用；
(2)取400份的无水乙醇于反应釜中，量取3%~8%(优选5%)导热填料份的硅烷偶联剂加入到反应釜内，恒温 60~100°C (优选 80°C )、100~300r/min (优选 200r/min)搅拌 10~20min(优选 15min)，
(3)将(1)中的导热填料加入到乙醇溶液中，超声搅拌2~4h，待乙醇蒸发完全，得改性复配导热填料；
(4)将(3)得到的改性导热填料60~80份、10~40份(优选25份)硅油、硅油0.1%~1%(优选0.5%)的交联剂、0.1~1份(优选0.5体积份)的抗氧剂加入到密炼机内，90°C、10r/min，100°C、25r/min，120°C、40r/min 情况下各密炼 40~60min (优选 50min)，得到复合导热硅脂。
[0016]本发明充分利用了石墨烯高导热系数的特性，并通过与球形氧化铝复配，既有效地提高了导热系数，又确保其绝缘性能。导热填料经过偶联剂改性，与硅油相容性好、不团聚、界面接触性好。制备的导热硅脂热稳定性优异，析油值低，长时间使用无干裂、粉化现象。同时，制备工艺简单、周期短，对提升行业产品质量具有重要意义。
【具体实施方式】
[0017]以下结合实施例对本发明作进一步说明。
[0018]实施例1:
(1)准确称取50份10um的球形氧化招、15份的石墨稀，通过高速混合机2400r/min、15min混合均勾，待用；
(2 )取400份的无水乙醇于反应釜中，取3份的硅烷偶联剂加入到反应釜内，恒温80°C、200r/min搅拌15min，得乙醇溶液；
(3)将(1)中的导热填料加入到乙醇溶液中，超声搅拌3h，待乙醇蒸发完全，得改性复配导热填料，待用；
(4)取31.3份硅油、0.2份的DCP、0.5份的抗氧剂168，(3)中改性复配导热填料加入到密炼机内，90°C、10r/min，100°C、25r/min，120°C、40r/min 情况下各密炼 50min，得到性能优异的导热硅脂。
[0019]经检测，所制备的导热硅脂的导热系数为4.2 ff/ (m.K)，经过230°C、5000h的连续热处理，结果显示导热硅脂涂层仍保持膏状，热处理后导热系数为4.0ff/ (m.K)，热稳定性好。
[0020]
实施例2:
(1)准确称取60份10um的球形氧化招、10份的石墨稀，通过高速混合机2400r/min、15min混合均勾，待用；
(2)取400份的无水乙醇于反应釜中，量取3.5份的硅烷偶联剂加入到反应釜内，恒温80°C、200r/min搅拌15min，得乙醇溶液；
(3)将(1)中的导热填料加入到乙醇溶液中，超声搅拌3h，待乙醇蒸发完全，得改性复配导热填料，待用；
(4)量取25.8份硅油、0.2份的DCP、0.5份的抗氧剂168，并同(3)中改性复配导热填料加入到密炼机内，90°C、10r/min，100°C、25r/min，120°C、40r/min 情况下各密炼 50min，得到性能优异的导热硅脂。
[0021]经检测，所制备的导热硅脂的导热系数为4.5ff/ (m.Κ)，经过230°C、5000h的连续热处理，结果显示导热硅脂涂层仍保持膏状，热处理后导热系数为4.3ff/ (m.K)，热稳定性好。
[0022]
实施例3:
(1)准确称取70份10um的球形氧化招、5份的石墨稀，通过高速混合机2400r/min、15min混合均勾，待用；
(2)取400份的无水乙醇于反应釜中，量取4份的硅烷偶联剂加入到反应釜内，恒温80°C、200r/min搅拌15min，得乙醇溶液；
(3)将(1)中的导热填料加入到乙醇溶液中，超声搅拌3h，待乙醇蒸发完全，得改性复配导热填料，待用；
(4)量取20.3份硅油、0.2份的DCP、0.5体积份的抗氧剂168，并同(3)中改性复配导热填料加入到密炼机内，90°C、10r/min, 100°C、25r/min，120°C、40r/min情况下各密炼50min，得到性能优异的导热硅脂。
[0023] 经检测，所制备的导热硅脂的导热系数为4.1 ff/ (m.K)，经过230°C、5000h的连续热处理，结果显示导热硅脂涂层仍保持膏状，热处理后导热系数为4.0ff/ (m.K)，热稳定性好。
【主权项】
1.一种球形氧化铝/石墨烯复合导热硅脂，其各组分及质量份数组成为:硅油10~40份，改性球形氧化铝/刚玉/石墨烯复配导热填料60~80份，硅烷偶联剂为导热填料的3%~8%，交联剂为硅油的0.1%~1%，抗氧剂为0.1~1份。2.根据权利要求书1所述的硅油为:二甲基硅油:甲基苯基硅油:含氢硅油=1:1:1，其中二甲基硅油在温度为25°C时粘度为100~1000cps，甲基苯基硅油在温度为25°C时粘度为100~500cps，含氢硅油在温度为25°C时粘度为100~500cps。3.根据权利要求书1所述的一种球形氧化铝/石墨烯复合导热硅脂，其特征在于:所述改性球形氧化铝/石墨烯复配导热填料，其特征在于包括以下步骤: (1)准确称取50~70份5~20um的球形氧化招、5~15份的石墨稀，通过高速混合机1800~3000r/min、10~20min 混合均匀，待用； (2 )取400份的无水乙醇于反应釜中，取3°/『8%导热填料的硅烷偶联剂加入到反应釜内，恒温60~100°C、100~300r/min搅拌10~20min，将(1)中的导热填料加入到乙醇溶液中，超声搅拌2~4h，待乙醇蒸发完全，得改性复配导热填料。4.根据权利要求书1所述的一种球形氧化铝/石墨烯复合导热硅脂，其特征在于:其制备包括如下步骤:改性导热填料60~80份、10~40份硅油、硅油份的0.1%~1%的交联剂、0.1~1 份的抗氧剂加入到密炼机内，90°C、10r/min，100°C、25r/min，120°C、40r/min 情况下各密炼40~60min，得到复合导热硅脂。5.根据权利要求书1所述的一种球形氧化铝/石墨烯复合导热硅脂，其特征在于:所述的球形氧化铝为:α -Α1203: γ -Α1 203=1:1，其中γ_Α1203加热到950~1300 °C转化得到α -Α1203，其中 D50 为 5~20um (优选 10um)，球化率彡 90%。6.根据权利要求书1所述的一种球形氧化铝/石墨烯复合导热硅脂，其特征在于:所述的偶联剂为:γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570):甲基苯基二甲氧基硅烷(ΚΗ1621):正十二烷基三甲氧基硅烷(ΚΗ3112) =1:1:1。7.根据权利要求书1所述的一种球形氧化铝/石墨烯复合导热硅脂，其特征在于:所述的石墨烯为通过化学气相沉积法(PVDC)制备的石墨烯。8.根据权利要求书1所述的一种球形氧化铝/石墨烯复合导热硅脂，其特征在于:所述的交联剂为过氧化二异丙苯(DCP)。9.根据权利要求书1所述的一种球形氧化铝/石墨烯复合导热硅脂，其特征在于:所述的抗氧剂为三[2.4- 二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)。
【专利摘要】本发明公开了一种球形氧化铝/石墨烯复合导热硅脂及其制备方法。是由硅油、球形氧化铝、石墨烯、偶联剂、交联剂、抗氧剂混合后经密炼机搅拌均匀得到的产品。该导热硅脂充分利用了铝合金熔炼中过烧产生的含有大量导热性能优异的α-Al2O3的氧化铝，通过与石墨烯复配制得的导热硅脂，能有效地降低大功率电子元器件发热体与散热装置的界面接触热阻，加速热量传递，同时制备工艺简单。
【IPC分类】C08K13/06, C08K3/22, C08K9/06, C08K3/04, C08K5/14, C08K5/526, C08K7/18, C08L83/04, C08L83/05
【公开号】CN105400201
【申请号】CN201510919526
【发明人】曾广胜
【申请人】湖南工业大学
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年12月14日