航空航天器用导热界面材料应用现状与发展方向

2023-01-15
来源:材料导报

在航空航天领域,导热界面材料主要用于填充设备安装面与安装板、电子器件与安装面之间的间隙,使两界面之间的接触形式由点接触变成面接触,以提升界面接触换热率。基于安全性考虑,航天用导热界面材料不仅需要高导热,还需要电绝缘性好、化学性能稳定、低出油率、无毒、无味、无腐蚀性等。常用的导热界面材料有导热硅脂和导热硅橡胶等。

导热硅脂/导热硅橡胶是以硅油/硅橡胶为基体、导热粉体为填料,并添加功能助剂,经混合研磨而成的膏状/片状混合材料。提高导热界面材料导热性能的方法通常有两种: 一是改变聚合物材料的分子/分子链接结构,合成具有高度结晶体或高度取向的本体聚合物材料,但采用这种方法制备高导热材料的工艺复杂,成本高; 二是向聚合物基体中添加高导热粉体,通过提高粉体和聚合物的界面相容性,使其形成连续的导热网络,从而提高材料的导热特性。常用的高导热粉体有碳材料( 碳纳米管、石墨烯等) 、陶瓷材料( 氧化铝、氧化锌、氧化镁、氮化铝、六方氮化硼等) 及金属材料( 银、铜等) 为了获得更优异的导热性能和加工性,常常利用不同粉体粒径颗粒的协同效应,在导热硅脂、导热硅橡胶内部构筑致密的导热网络,并对导热粉体进行表面处理提高填料与基体之间的相容性,不仅可以减小填料与基体之间的界面热阻,而且可以提升材料界面化学稳定性以及复合材料的加工性能,例如: 金戈新材使用适量的硅烷偶联剂等处理氧化铝、氧化锌、氧化镁、氮化铝、氮化硼,或多种复合导热粉体,处理剂在填料粉体表面形成均匀包覆,可有效提高材料的导热性能,以及降低复合材料的加工粘度等。代表产品GD-S系列高性能有机硅系列产品,可实现1~12W/K*m,具有低比重、低挥发、耐高温、低介电等优势;DRHY(GD-E)系列环氧灌封胶用导热阻燃粉体、JAZ(GD-U)系列聚氨酯灌封胶用导热粉体,导热率可实现0.8~5.0W/K*m,如GD-E351HGD-U150GD-U200GD-U380成功在国内外知名胶厂获得成功应用,满足对5G热界面材料、电子电器通讯材料、新能源汽车电池胶粘剂物理及机械性能要求,且其低比重特点,进一步为同行业产品向轻量化、高性能方向发展提供强大技术支撑,获得行业高度赞许。

未来航空航天器导热界面材料发展向更高导热等方向迈进,建议开展可重复拆装的高弹性体导热垫片技术研究,使其能够在低压力负载下获取较小的接触热阻以适应航天器自动化生产线装配要求; 研究导热硅脂基体与导热粉体/填料界面相容性增强技术,减少或消除硅油分离现象等。


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