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1、无机材料学报乞,第卷第期、年月,文章编号一一一聚乙烯复合基板的导热性能,,,,汪雨荻周和平乔梁陈虎金海波,清华大学材料科学与工程系新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室北京摘要利用模压法制备聚·初步研究了的结晶形态和填加量对复乙烯复合基板合基板导热性能的影响,并初步探讨了复合材料热导率的计算模型结果表明复合基板的热导率随填加量的增大,最初变化很小,而后迅速升高,随后增长速度又逐渐降低以晶须形态填加,对提高复合材料的热导率最为有利,纤维次之,粉体最差关键词氮化铝复合基板热导率中图分类号文献标识码引言电子信息
2、产业的迅速发展,要求基板,、和封装材料具有越来越优异的性能如高热导率、低热膨胀系数低介电系数和热稳定性聚合物,如聚乙烯、环氧树脂、聚酞亚胺等,由于具有高电阻率,低介电常数,易加工等优点,常被采,热膨胀系数大,用为封装材料或介电材料但由于它们的热导率低,,不能适应高集成度和高功率所产生的高热量因此聚合物的热性能急待改进以避免热疲劳破坏等问题陶瓷作为填充料的聚合物基复合材料显,、示出良好的综合性能如较高的热导率低热、、,、、膨胀系数高热稳定性低介电系数和良好的加工性能作为填充料,、、,‘禹金刚石等已被广
3、泛关注以提高聚合物材料的热性能利用纤维或晶须作为填加材料,有可能在低填加量下有效地改善基体的性能本、文采用粉体纤维和晶须三种不同结晶形态的与超高分子量聚乙烯进行复合,研究了复合材料的热导率与填加量及结晶形态,之间的关系并初步探讨了聚乙烯复合材料的热导率的计算模型实验过程及结果试验中采用北京助剂二厂生产的聚乙烯粉料先将聚乙烯粉过目筛分别利用自制的粉体、纤维,和晶须三种结晶形态的作为填充料采用平板硫化机进行模压固化,,固化在下进行保温保压收稿期一一,收一一到修改稿期荃金项目国家自然科学基金资助作者简介汪
4、雨荻一,男,硕士研究生,等期汪雨荻聚乙烯复合基板的导热性能一试验中使用型扫描电镜研究试样的微观结构热导率的测量在真空理一工型交流量热法常数测量系统中进行该系统采用周期量热法测量出薄层材料表面方向的热扩散率,计算获得材料的面向热导率,计算公式为入·伟··,比热容,样式中为材料密度几为材料为面向热扩散率品密度为排水法所得实测,密度样品热容按组成机械混合重量百分比进行计算,试样的配方见表试验结果见图和图表复合材料试验配方,,,勺凡,‘及‘卜七弓遥者。多,卜二一刀之者芝巨,匡阵盯产刀沸石月月图热导率与体积百
5、分含量的图,热导率与体积百分关系含量关系,试验结果分析复合材料微观形态有机复合基板的微观结构直接影响到复合材料的各种性能由于聚乙烯基复合材料采,,,用热模压成型聚乙烯在熔融状态下具有一定的流动性因而试样整体上较均匀其外表面为一层,聚乙烯在压力下冷却使得聚乙烯基复合材料具有较高的致密性,聚乙烯基体具有较高的致密度在电镜下观察不到基体中存在任何空隙基体贯穿于,形成连续的,填加物之间网络构成填加物的载体在电镜,,下可以观察到与聚乙烯结合处存在间隙这表明聚乙烯不浸润如图、,所示这种情况在粉体纤维和晶须复合材
6、料中都有发生但相对而言晶须复合材料中期汪雨荻,等聚乙烯复合基板的导热性能度的,因子在复合材料的制备过程中填加物会影响基体有机物的结晶程度和结晶区的大·小,从而影响基体的热,将入修正为几入导率考虑到这种因素,、,从式中可以看出假定不随填加量的变化而改变热导率的对数与填加物的体积百分含量呈线性关系、,,对于晶须纤维和粉体在填加量小于临界填加量时由于填加物或填加物团簇被基体材料紧密地包裹起来,相互分隔在此情况下,填加物形成热流通路的能力是很小的,的值基本保持不变或有较小的增加当填加量超过临界填加量时,填加
7、物可以形成热流通路,并且形成能力是按、,照晶须纤维和粉体的顺序逐渐递减的由的定义可知其的,在超过临界填加量的情况下,对,晶须值也是逐渐递减的由式可知于相同的填加量复合材料的热,而粉体复合材料的热导率最低这与试验所得数据完全相符导率最高随着填加量的增加,填加物对于基体有机物的结晶程度和结晶区的大小的影响程度逐·基体材料的热,这直接导致的伟值随填渐增加导率随着结晶程度和结晶区的减小而降低加量的增加,而减小由式可知值随着填加量的增大而降低综合考虑以上两个参数对热导率的影,,响可以得出热导率的对数并与填加物
8、的体积百分含量呈非线性关系在填加量较小,、,入。时几的变化较小基本不随填加量变化随着填加量的进一步增大,,入。迅速增大也迅速增大当填加量达到一定程度时,几的影响逐渐增大,凡一也逐渐减小行刀,对试验所得数据画出热导率的对数,。随纤维体积百分含量变化曲线如图图复合材料的入与纤,“”所示近似成型关系与上面的分维体积百分含量的关系,。析完全相符可见纤维复合材料入的热导率符合提出的计算模型结论利用模压法制备的复合基板,当纤维填加量为时,复合基板的热导率可达,随着填加量的增加复合
