不同粒径球形氧化铝粉体填充硅橡胶热导率研究高本征胡妞黄山摘要：采用不同粒径的球形ɑ-Al2O3粉体填充甲基乙烯基硅橡胶，研究了粉体粒径和粉体体积填充率对复合材料热导率的影响；并用理论模型与实验数据进行拟合，揭示出导致复合材料热导率差别的微观机理。研究结果表明：球形氧化铝粉体作为复合材料增强相，其体积填充率越大，复合材料的热导率越高；对于某一固定的体积填充率，随着粉体粒径的增大，复合材料的热导率也增大，而且体积填充率越高，这种差异越明显。关键词：热导率；聚合物基复合材料；导热模型；中图分類号：TQ330文献标识码：A：1671-0460（2015）07-1503-03ExperimentalStudyonThermalConductivityofSiliconeRubberFilledWithSphericalAl2O3PsofDifferentDiametersGAOBen-zheng，HUNiu，HUANGShan（NewMaterialsInstitute，GraduateSchoolatShenzhen，TsinghuaUniversity，GuangdongShenzhen508055，China）Abstract：ExperimentswereconductedtomeasurethermalconductivitiesofcompositematerialsmadeofsiliconerubberandsphericalAl2O3pswithvariousvolumefractionsandoffourmeanpsizes.Theexperimentalresultswerecomparedwithpredictionsfromtheoreticalmodel.Theexperimentalresultsindicatethat，foreachcompositewithfixedmeanpdiameter，themeasuredthermalconductivityincreaseswiththeincreaseofvolumefractionofAl2O3ps，buttherateofincreasealsoincreaseswithincreasingvolumefraction.Theexperimentalresultsalsoshowthat，forfixedvolumefractionofAl2O3ps，thelargerthemeanpdiameter，thehighertheeffectivethermalconductivity.Thisimpliesthattheeffectivethermalconductivitydependsnotonlyonthevolumefractionsofthephasecomponentsofcomposites，butalsoonthedetailedgeometryofmaterialphases.Keywords：Thermalconductivity；Polymermatrixcomposite；Thermalconductivemodel随着集成电路的小型化和微型化，散热问题越来越突出。由于电子器件的表面往往高低不平，电子器件与散热元件之间一般存在空隙。空气是热的不良导体（热导率为0.025W/（m·K）），其存在会极大的降低散热效率。为了解决这一问题，需要在界面处填充具有较高热导率的柔性导热材料[1]。由于硅橡胶具有很高的热稳定性、柔软易变形，而且耐臭氧老化性能、电性能及生物适应性（生理惰性）等特性极其良好，因此大量用作热界面材料。陶瓷粉体（如氧化铝[2]、氮化铝[3]、氮化硼[4]等）由于具有优异的导热性能并且绝缘性好，在工业生产中常用作导热增强相。ɑ-Al2O3粉体由于具有热导率高（30～40W/（m·K））、绝缘性能好、耐腐蚀性好，而且价格低廉等优势，是目前应用最为广泛的导热增强相粉体。通过文献调研，目前还没专门针对球形氧化铝粉体粒径对复合材料热导率影响的文献报道[5，6]。本文通过将不同粒径的球形ɑ-Al2O3粉体填充甲基乙烯基硅橡胶，研究了粉体粒径、粉体体积填充率和粉体颗粒间的接触热阻对复合材料热导率的影响；并用理论模型与实验数据进行拟合，揭示出导致热导率差别的微观机理。1材料及性能本实验的聚合物基体采用日本信越化学工业株式会社生产的甲基乙烯基硅橡胶，粘度为500mPa·s。导热填料采用日本电气化学工业株式会社生产的球形氧化铝，平均粒径分别为3，10，35和75μm。采用北京化学试剂公司提供的铂金催化剂和含氢硅油作为催化剂和交联剂。将导热填料按照比例搅拌加入到液体硅橡胶中，在真空混合机中将粉体和硅橡胶混合均匀。加入催化剂和交联剂混合均匀，用压片机制样，在120℃固化24h，将样品用31mm×31mm模具截切成热导率测试样品。本实验采用台湾瑞领科技有限公司生产的RD-WIY-021热阻测试仪稳态法测定样品热导率。采用日立公司的HITACHS4800型场发射扫描电子显微镜观察粉体形貌，采用英国马尔文公司生产的激光粒度仪进行粉体粒度分析。图1和图2分别为粉体形貌和粒度分布图。由测试结果可知，原料粉体的粒径分布较为集中，其球形度和表面粗糙度均符合本实验的要求。图1球形氧化铝粉体形貌图Fig.1Microscopicsurfacetopographyofspherical...