高导热热界面材料的制备及其导热性能研究

为了解决电子元件以及其他散热器的散热问题,具有可调多功能特性先进热界面材料(TIM)的开发变得至关重要。导热硅脂具有较高的导热系数,并且在涂覆时能够很好地降低界面接触热阻。液态金属与泡沫金属复合能够制备具有两相双连续贯通的复合热界面材料,该复合材料具有高的导热系数以及良好的热稳定性。本文制备了一系列铝粉/氧化锌/硅油基导热硅脂以及具有双连续结构的泡沫金属/液态金属复合热界面材料,主要内容包括:1.选用铝粉和氧化锌作为导热填料,二甲基硅油作为基体,制备了一系列铝粉/氧化锌/硅油基导热硅脂。采用扫面电子显微镜表征导热填料的形貌、粒径及粒径分布,利用TC3000D导热系数测试仪及LW9389热阻&导热系数测试仪表征导热膏的导热性能。通过测定所制备的导热膏的导热系数和界面热阻探究铝粉的粒径、铝粉的颗粒级配、导热填料的填充量、铝粉和氧化锌的配比、球磨时间和球磨转速、微晶石墨的加入量对导热膏导热性能的影响。结果表明:增加固含量,颗粒级配,对导热填料进行球磨,添加微晶石墨都有利于导热膏导热性能的提高。当固含量为50 vol.%,5.0μm,1.0μm,0.5μm的铝粉以5:2:3的比例级配,铝粉和氧化锌的体积配比为5:1时,微晶石墨的添加量为4 wt.%,制备的导热膏的导热效果较好,其导热系数为2.73 W/(m·K),与测试台面的接触热阻为0.078℃·cm~2/W。2.选用液态金属为导热基体,泡沫铜和泡沫镍为导热增强体,制备具有双连续结构的泡沫金属/液态金属复合热界面材料。利用光学显微镜表征泡沫金属的孔径及孔径分布;用LW9389热阻&导热系数测试仪对复合材料的导热系数和界面热阻进行测试。探究了泡沫金属的孔隙率,孔密度,压力对泡沫金属/液态金属复合材料导热性能的影响,并对复合材料的循环热稳定性进行研究。结果表明孔隙率低的泡沫金属制备的复合材料导热系数高。孔隙率为95%,孔密度为90 ppi的泡沫铜制备的复合材料在测试温度为60℃,测试压力为70 Psi时,导热系数较高为29.538 W/(m·K)。孔隙率为95%,孔密度90 ppi泡沫镍制备的复合材料在测试温度为60℃,测试压力为30 Psi时,导热系数最高为20.094 W/(m·K);所制备的双连续结构的泡沫金属/液态金属复合热界面材料具有良好的循环热稳定性。