如何提升導(dǎo)熱氧化鎂的耐濕能力？

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發(fā)表時間：2024-02-01 14:03

制備絕緣導(dǎo)熱復(fù)合材料的常用方法之一是在聚合物中加入絕緣導(dǎo)熱粉體，如準球/球形/角形氧化鋁、耐水解氮化鋁、硅微粉/二氧化硅、單峰氮化硼、高純氧化鋅、氧化鎂（MgO）等。硅微粉性價比高，但其導(dǎo)熱率低，不適用于制備高導(dǎo)熱材料，氧化鋁導(dǎo)熱率高，但是硬度高，對制造設(shè)備易產(chǎn)生磨損。氮化鋁、氮化硼等氮化物填料具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性，但價格昂貴，應(yīng)用范圍有限。氧化鎂導(dǎo)熱系數(shù)比硅微粉高一個數(shù)量級，約為氧化鋁的1.5倍[36W/(m.K)]，硬度低于氧化鋁（氧化鋁莫氏硬度9，氧化鎂莫氏硬度6），可以減少對設(shè)備的磨損，且價格又低于氮化物系列導(dǎo)熱填料，被視為未來“導(dǎo)熱粉體”新星。

在參考文獻1中，研究人員使用了體積分數(shù)為56%的氧化鎂（MgO）填料實現(xiàn)了環(huán)氧塑封料（EMC）高達3W/(m.K)的熱導(dǎo)率，56vol%填充獲得的EMC的熱導(dǎo)率大約是具有相同填料體積分數(shù)的傳統(tǒng)二氧化硅填充EMC的兩倍，并且具有等效的電絕緣性、熱膨脹和吸水特性。

不過，氧化鎂的一個致命傷害是它的吸濕性，當(dāng)其與大氣中的水分發(fā)生水合時，發(fā)生體積膨脹會導(dǎo)致復(fù)合材料產(chǎn)生裂紋、導(dǎo)熱系數(shù)下降等問題，因此需要提升氧化鎂的耐濕能力以提升其實用性。通過對粉體表面進行特殊處理，可以有效提升氧化鎂的耐濕性。

在參考文獻2中，研究人員在CO₂加壓條件下進行水熱反應(yīng)，得到了耐濕能力優(yōu)異的碳酸鎂（MgCO₃）包覆氧化鎂的核殼結(jié)構(gòu)粉體。碳酸鎂是一種在水中溶解度低的穩(wěn)定化合物，氧化鎂顆粒的核應(yīng)完全被碳酸鎂反應(yīng)層的殼覆蓋，以避免氧化鎂與水反應(yīng)，不過碳酸鎂的導(dǎo)熱系數(shù)為15W/(m·K)，低于MgO，應(yīng)控制生產(chǎn)條件，使外殼（碳酸鎂）盡可能薄且足夠致密以保證水不會通過外殼。詳細工藝過程可參考參考文獻2。

在日本特開昭6H83648號公報中所述的耐濕氧化鎂粉末采用多步驟制造，首先，燒成氧化鎂粉末。之后，在氧化鎂粉末上通過噴鍍、化學(xué)沉積或噴霧粘接的方法形成二氧化硅膜，被覆氧化鎂粉末表面。或者，通過在氧化鎂粉末中混合微粉二氧化硅并進行燒成，從而以二氧化硅膜被覆氧化鎂粉末表面。但是這種方案存在制造工序增加等問題。

在專利文件CN102485804A中使用了一種簡易的方法制造了低吸濕性的氧化鎂粉末，并將其應(yīng)用于熱固性樹脂組合物。使用該樹脂組合物制備的電絕緣層的耐濕特性、加工性優(yōu)良且熱傳導(dǎo)性良好，適用作安裝發(fā)熱部件的印刷電路板等電路板的絕緣層。發(fā)明人使用二氧化硅質(zhì)量含量為1~6％的氧化鎂作為原料，在1650°C~1800°C（二氧化硅熔點附近的溫度）進行燒成。通過該操作，在氧化鎂粉末表面滲出的二氧化硅不會完全與氧化鎂粉末分離，而是被覆氧化鎂粉末的表面，在氧化鎂粉末的表面形成二氧化硅膜。無需特殊的工序，僅經(jīng)過原有的氧化鎂粉末的燒成工序即可，可簡化制造工序，所得氧化鎂粉末的表面被二氧化硅膜被覆，可改良氧化鎂粉末的吸濕性。根據(jù)專利文件CN102485804A中所提，如果二氧化硅含量比總質(zhì)量1％少，則熔融的二氧化硅不能充分覆蓋氧化鎂粉末的表面，不能完成減少氧化鎂粉末吸濕性的改良。此外，如果比總質(zhì)量6％多，則由于覆蓋氧化鎂粉末表面的二氧化硅膜的厚度變厚，不能發(fā)揮氧化鎂本來的熱導(dǎo)率，樹脂成形物的熱傳導(dǎo)性降低。

CN1930084A提供一種具有良好耐水性的含磷包覆氧化鎂粉末的制造方法以及含該粉末的樹脂組合物。復(fù)合氧化物包覆的氧化鎂具有良好的耐水性，但依然容易存在包覆不完全的區(qū)域。該發(fā)明為填補氧化鎂粉末表面的復(fù)氧化物的包覆不完全的區(qū)域來提高耐水性，在由復(fù)合氧化物形成的包覆層上，進一步形成磷酸鎂系化合物的包覆層，已獲得耐水性性能更優(yōu)異的氧化鎂粉體。

對氧化鎂進行表面處理是一項至關(guān)重要的技術(shù)，它能夠改變物質(zhì)的表面性質(zhì)，從而提高其耐濕性、填充性等，優(yōu)化其在特定環(huán)境中的性能。金戈新材專業(yè)從事粉體表面處理的研究和開發(fā)，利用先進的工藝和材料技術(shù)，為客戶提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品及解決方案。如有需要，可點擊右下方客服咨詢，或致電0757-87572711，我們會安排相關(guān)人員與您盡快聯(lián)系。