導熱氧化鋁的表面改性與形貌特徵_安徽壹石通材料科技股份有限公司上海分公司

導熱氧化鋁的形貌與表面改性

在電子產品、電子設備的使用過程中，“熱量”的產生不可避免——尤其是隨著電子工業的發展，電子元件、集成電路趨於密集化、小型化後，但為了確保產品的使用壽命和質量可靠性，這些熱量要迅速有效地得以散失。

　　目前來說，zui為常用的方法是在電子產品的發熱體與散熱設施之間的接觸面，涂敷具有良好柔韌性、壓縮性能以及熱傳導率的導熱硅膠，它們除了起到傳熱媒介作用外，還具有防潮、防塵、防腐蝕、防震等性能。由於普通硅膠是熱的不良導體，因此需要添加適合的導熱填料以提高其導熱性能，而在無機非金屬導熱絕緣粉體填料中，zui為常見的有：氮化鋁、氧化鋁、氧化鋅、氧化鈹、氧化硅、氮化硼等。

與其他填料相比，氧化鋁的導熱率不高，但也基本能滿足“導熱界面材料、導熱工程塑料以及鋁基覆銅板等領域填充劑”的應用，且價格較低，來源較廣，填充量較大，是高導熱絕緣聚合物的經濟適用型填料。不過導熱硅膠也不會對所有的氧化鋁填料都一視同仁，全盤接受。身為電子業中的關鍵材料，導熱硅膠對氧化鋁填料也有自己的一套要求。

01、對形貌的要求

　　氧化鋁填料之所以能夠起到導熱作用，是因為添加了足夠多的填料後，它們能在硅膠基體中相互接觸，並在復合材料中形成局部的導熱鏈或導熱網。因此為了提高導熱材料的導熱率，一方面需要填料能在基體中形成導熱鏈或導熱網，另一方面則需要提高氧化鋁填料自身導熱率。

範圍內，隨著氧化鋁用量的增加，封裝膠的熱導率逐步增加，雖說片狀氧化鋁更易形成導熱鏈和導熱網，但由於顆粒和顆粒的接觸碰撞大，會導致體係的粘度大且硅膠柔韌性大幅下降，因此並不適用於導熱硅膠中，因此當前在高導熱絕緣材料中填充的氧化鋁形貌主要以球形（類球形）為主。當氧化鋁顆粒的球形度越高，其表面能就越小，球的表面流動性越好，與基體攪拌成膜均勻，體係粘度就越低。因此制備成硅膠材料時，填料氧化鋁球形度越高，其柔韌性越高。

　　在提高氧化鋁自身的導熱率方面，需要從晶體的結晶程度和致密度下手。因為α相氧化鋁為六方結構，是氧化鋁變體中zui為致密的結構，因此氧化鋁填料具有高的α相含量。制備球形氧化鋁通常有兩種工藝，熔融法和高溫燒法。其中熔融法所得的氧化鋁顆粒雖然球形度夠高，但因為熔融過程在晶體內部往往會形成氣孔及空位等晶體缺陷，因此會導致顆粒的致密度降低，從而降低其導熱率。而後者是長時間的晶體生長，其結晶發育完整，化學純度高，顆粒具有非常高的真密度，因此其導熱率要比熔融法生產的球形氧化鋁高。

02、表面改性

　　如果說沒有球形氧化鋁，那麼經過表面改性的普通氧化鋁填料也不失為一個選擇。由於普通氧化鋁表面極性較強，在聚合物中難以均勻分散；再加上需要高填充量才能獲得較好的導熱性能，因此就會導致硅橡膠的黏度增大，同時也大幅降低了硅橡膠的力學性能，使其應用範圍受限。因此該如何改善普通氧化鋁的表面性能，並提高其在硅橡膠中的填充量就成為了關鍵。

　　目前，普通氧化鋁的表面改性劑以傳統的硅烷偶聯劑為主。但根據多項研究結果來看，短鏈硅烷偶聯劑作表面改性劑時，對熱導率的提高很有限。因此為了克服短鏈硅烷偶聯劑作表面改性劑時存在的缺陷，程憲濤等採用十六烷基三甲氧基硅烷對氧化鋁進行表面改性，改性前後的對比可看下圖。

　　經該硅烷偶聯劑改性後，氧化鋁粉體分散均勻，顆粒無明顯團聚現象存在，粉體棱角減少；而未改性氧化鋁顆粒團聚較多，粉體形貌也較粗糙。據分析，改性氧化鋁分散性提高可能是因為氧化鋁表面包覆一層硅烷偶聯劑後，表面極性降低；改性氧化鋁表面形貌的改變可能是因為改性時機械力的作用，導致氧化鋁表面棱角減少，變得圓滑。總而言之，經過表面改性處理後，確實達到降低氧化鋁表面極性、提高其與硅橡膠相容性的目的。

03、壹石通Estone球形氧化鋁技術指標

牌號			SLA-2	SLA-5	SLA-10	SLA-20	SLA-45	SLA-70	SLA-90
粒徑（D50）		μm	2±0.5	5±1	10±2	20±3	49±2	75±4	85±5
粒徑（D90）		μm	＜10	＜10	15±3	35±5	75±5	110±5	110±5
BET比表面積		m2/g	1.0	0.5±0.2	＜0.3	＜0.3	＜0.1	＜0.1	＜0.1
電導率		μS/cm	10	10	10	10	10	10	10
密度		g/cm3	3.8±0.3
熱導率		W/m.K	約25
成分	Al₂O₃	%	99.8
	Na₂O	%	0.03
	SiO₂	%	0.01
	Fe₂O₃	%	0.01
PH值		--	7.5±1.5
包裝	紙塑復合袋		25kg

*ASA係列（高純高導）：在SLA係列基礎上改進的含有更高α相（99%以上），球形率更高，氧化鋁純度更高的高純高導熱產品。

*關鍵應用：

1. 熱界面材料：導熱硅膠墊片、導熱硅脂、導熱灌封膠、導熱雙面膠、相變化材料等；

2. 導熱工程塑料：LED燈罩、開關外殼、電子產品殼體、電器產品散熱部件等；

3. 導熱鋁基覆銅板（Al Based Copper Clad Laminate）：大功率LED電路基板、電源電路板等；

4. 氧化鋁陶瓷過濾器，人造剛玉、人造藍寶石原料。