高导热环氧树脂介电复合材料研究进展_王好盛.pdf

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1、第４２卷第８期化工新型材料Ｖｏｌ．４２Ｎｏ．８２０１４年８月ＮＥＷＣＨＥＭＩＣＡＬＭＡＴＥＲＩＡＬＳ·２１·高导热环氧树脂介电复合材料研究进展王好盛张冬海薛杨张婧坤陈赟邬瑞文陈运法＊（多相复杂系统国家重点实验室，中国科学院过程工程研究所，北京１００１９０）摘要综述了近年来应用于电气电子行业的高导热环氧树脂介电复合材料研究进展，介绍了导热机理和导热模型，讨论了填料种类、粒径、形貌、颗粒复配及体系空隙、界面等影响因素对材料导热性能和介电性能的影响，并展望了高导热环氧树脂介电复合材料的发展方向。关键词环氧树脂，热导率，介电性能，导热填料，界面，空隙Ｒｅｖｉｅｗｏｆｄｉｅｌｅｃｔ

2、ｒｉｃｅｐｏｘｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈｈｉｇｈｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙＷａｎｇＨａｏｓｈｅｎｇＺｈａｎｇＤｏｎｇｈａｉＸｕｅＹａｎｇＺｈａｎｇＪｉｎｇｋｕｎＣｈｅｎＹｕｎＷｕＲｕｉｗｅｎＣｈｅｎＹｕｎｆａ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｕｌｔｉ－ＰｈａｓｅＣｏｍｐｌｅｘＳｙｓｔｅｍｓ；ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｒｏｃｅｓｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９０）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｅｐｏｘｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈｈｉｇ

3、ｈｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｐｐｌｉｅｄｉｎｅｌｅｃｔｒｉｃａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｉｎｄｕｓｔｒｙｗａｓｒｅｖｉｅｗｅｄ，ａｎｄｉｔｓｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｍｏｄｅｌｓｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｆｉｌｌｅｒｔｙｐｅ，ｓｉｚｅ，ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎａｎｄｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｖｏｉｄｓｉｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｏｎｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄｆｉｎａｌｌｙｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄｔｈｅ

4、ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｅｐｏｘｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈｈｉｇｈｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｅｐｏｘｙｒｅｓｉｎ，ｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇｆｉｌｌｅｒ，ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｖｏｉｄ通常来说，高压电器应用如开关柜、变压器、旋转电机、导热填料的引入，一方面热量可以沿着填料晶格快速传播，增ＧＩＳ等需要材料热导率为１Ｗ／ｍ·Ｋ；而用于高密度集成绝缘加热导率，另一方面，填料的加入将引入界面热阻。界面热阻电子装置，如封装系统中的热界面材料等需

5、要热导率为１０Ｗ／来自基体与填料界面处的声子散射。当填料含量较低时，基［１］。可广泛应用于上述电绝缘材料，但其热导率大约在ｍ·Ｋ体的导热性能和界面热阻决定体系的热导率；当填料含量达０．２Ｗ／ｍ·Ｋ。提高环氧树脂热导率有两种方法，一种法为合到某一临界值，即逾渗阈值，填料间相互接触，体系内形成类成具有高度结晶性或取向度的本体环氧树脂，如Ｔａｋｅｚａｗａ似链状或者网状的结构，即导热通路，体系的热导率决定于导［２］等报道的含有介晶结构的环氧树脂；另一种为在环氧树脂热通路。中引入高导热绝缘填料，制备填充型复合材料获得高导热性２导热理论模型能。本体环氧树脂制备工艺繁琐，成本高，目前制

6、备高导热环氧介电复合材料主要采用填充方式，引入高热导填料如氮化高导热环氧介电复合材料多数为填充型二元体系或多元硼（ＢＮ）、氧化铝（Ａｌ２Ｏ３）、氮化铝（ＡｌＮ）等以增加热导率，同时体系。目前预测二元体系热导率的模型很多，典型导热模型如保证材料的介电性能，达到热、电性能的平衡。表１所示。以上各式，λ１为聚合物热导率，λ２，λ３……为填料热导率，１导热机理λ为复合材料热导率，Ｖ为填料粒子的填充体积，Ｘ２，Ｘ３……固体导热材料的传递方式主要为热传导。热传导传递的中各种粒子占混合粒子的统计份数。载体有电子、声子及光子。大多数聚合物是饱和体系，无自由３导热性能影响因素电子存在，分子

7、运动困难，热传导主要是晶格振动的结果，声子是主要热能载荷者。对环氧树脂来说，其结晶度低，声子散３．１导热填料射大，从而热导率低。对无机非金属材料来说，自由电子少，高导热填充型复合材料的热导率不仅取决于基体和导热晶格振动是主要导热途径，其晶体微粒具有远程有序性，声子填料的热导率，导热填料的填充量、粒径、形状、分布状态、取的散射小，导热作用强，如氮化硼、碳化硅等都具有较高的热向及颗粒复配都会对复合材料的热导率有重要影响。导率。高导热填充型环氧复合材料主要通过声子来传递热量，基金项目：科技部国际科技合作项目（２０１１ＤＦＲ５０２００