如何提升导热氧化镁的耐湿能力?

2024-02-01
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制备绝缘导热复合材料的常用方法之一是在聚合物中加入绝缘导热粉体,如准球/球形/角形氧化铝、耐水解氮化铝、硅微粉/二氧化硅、单峰氮化硼、高纯氧化锌、氧化镁(MgO)等。硅微粉性价比高,但其导热率低,不适用于制备高导热材料,氧化铝导热率高,但是硬度高,对制造设备易产生磨损。氮化铝、氮化硼等氮化物填料具有优异的导热性,但价格昂贵,应用范围有限。氧化镁导热系数比硅微粉高一个数量级,约为氧化铝的1.5倍[36W/(m.K)],硬度低于氧化铝(氧化铝莫氏硬度9,氧化镁莫氏硬度6),可以减少对设备的磨损,且价格又低于氮化物系列导热填料,被视为未来“导热粉体”新星。

在参考文献1中,研究人员使用了体积分数为56%的氧化镁(MgO)填料实现了环氧塑封料(EMC)高达3W/(m.K)的热导率,56vol%填充获得的EMC的热导率大约是具有相同填料体积分数的传统二氧化硅填充EMC的两倍,并且具有等效的电绝缘性、热膨胀和吸水特性。

不过,氧化镁的一个致命伤害是它的吸湿性,当其与大气中的水分发生水合时,发生体积膨胀会导致复合材料产生裂纹、导热系数下降等问题,因此需要提升氧化镁的耐湿能力以提升其实用性。通过对粉体表面进行特殊处理,可以有效提升氧化镁的耐湿性。

在参考文献2中,研究人员在CO2加压条件下进行水热反应,得到了耐湿能力优异的碳酸镁(MgCO3)包覆氧化镁的核壳结构粉体。碳酸镁是一种在水中溶解度低的稳定化合物,氧化镁颗粒的核应完全被碳酸镁反应层的壳覆盖,以避免氧化镁与水反应,不过碳酸镁的导热系数为15W/(m·K),低于MgO,应控制生产条件,使外壳(碳酸镁)尽可能薄且足够致密以保证水不会通过外壳。详细工艺过程可参考参考文献2。

在日本特开昭6H83648号公报中所述的耐湿氧化镁粉末采用多步骤制造,首先,烧成氧化镁粉末。之后,在氧化镁粉末上通过喷镀、化学沉积或喷雾粘接的方法形成二氧化硅膜,被覆氧化镁粉末表面。或者,通过在氧化镁粉末中混合微粉二氧化硅并进行烧成,从而以二氧化硅膜被覆氧化镁粉末表面。但是这种方案存在制造工序增加等问题。

在专利文件CN102485804A中使用了一种简易的方法制造了低吸湿性的氧化镁粉末,并将其应用于热固性树脂组合物。使用该树脂组合物制备的电绝缘层的耐湿特性、加工性优良且热传导性良好,适用作安装发热部件的印刷电路板等电路板的绝缘层。发明人使用二氧化硅质量含量为1~6%的氧化镁作为原料,在1650°C~1800°C(二氧化硅熔点附近的温度)进行烧成。通过该操作,在氧化镁粉末表面渗出的二氧化硅不会完全与氧化镁粉末分离,而是被覆氧化镁粉末的表面,在氧化镁粉末的表面形成二氧化硅膜。无需特殊的工序,仅经过原有的氧化镁粉末的烧成工序即可,可简化制造工序,所得氧化镁粉末的表面被二氧化硅膜被覆,可改良氧化镁粉末的吸湿性。根据专利文件CN102485804A中所提, 如果二氧化硅含量比总质量1%少,则熔融的二氧化硅不能充分覆盖氧化镁粉末的表面,不能完成减少氧化镁粉末吸湿性的改良。此外,如果比总质量6%多,则由于覆盖氧化镁粉末表面的二氧化硅膜的厚度变厚,不能发挥氧化镁本来的热导率,树脂成形物的热传导性降低。

CN1930084A提供一种具有良好耐水性的含磷包覆氧化镁粉末的制造方法以及含该粉末的树脂组合物。复合氧化物包覆的氧化镁具有良好的耐水性,但依然容易存在包覆不完全的区域。该发明为填补氧化镁粉末表面的复氧化物的包覆不完全的区域来提高耐水性,在由复合氧化物形成的包覆层上,进一步形成磷酸镁系化合物的包覆层,已获得耐水性性能更优异的氧化镁粉体。

对氧化镁进行表面处理是一项至关重要的技术,它能够改变物质的表面性质,从而提高其耐湿性、填充性等,优化其在特定环境中的性能。金戈新材专业从事粉体表面处理的研究和开发,利用先进的工艺和材料技术,为客户提供优质的产品及解决方案。如有需要,可点击右下方客服咨询,或致电0757-87572711,我们会安排相关人员与您尽快联系。

参考文献:

1Thermallyconductive MgO-filled epoxy molding compounds

2、Preparationof reformed MgO filler with high humidity resistance by a hydrothermal coatingtechnique

3、CN102485804A氧化镁粉末的制造方法、热固性树脂组合物的制造方法、预浸料及叠层板的制造方法

4、CN1930084A含磷包覆氧化镁粉末、其制造方法以及含该粉末的树脂组合物

参考来源:粉体圈

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