BNFe-環(huán)氧樹(shù)脂磁場(chǎng)取向復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、大功率LED工作時(shí)芯片產(chǎn)生的熱量若不能及時(shí)有效的快速散出，將嚴(yán)重影響LED器件的發(fā)光強(qiáng)度、封裝材料的穩(wěn)定性能以及LED的使用壽命等。目前，人們對(duì)于綠色光源照明的需求與日俱增，使得LED的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但LED的散熱問(wèn)題一直是制約其快速發(fā)展的一大技術(shù)瓶頸。傳統(tǒng)的LED封裝工藝生產(chǎn)過(guò)程中，封裝材料的導(dǎo)熱性能一直備受?chē)?guó)內(nèi)外關(guān)注，但目前封裝材料并不能滿足大功率LED的散熱需求。因此，如何有效的提高封裝材料的導(dǎo)熱性能成為延長(zhǎng)大功率LED使用壽命

2、的關(guān)鍵所在。
　　聚合物基復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能和很多影響因素有關(guān)，主要分為導(dǎo)熱微粒和聚合物本身兩個(gè)方面的因素。目前已有的解決封裝材料導(dǎo)熱性能的方法是將導(dǎo)熱微粒填充到聚合物基體當(dāng)中，制備高導(dǎo)熱的聚合物基復(fù)合材料，但材料導(dǎo)熱性能的提升幅度有限。
　　為了有效的提高封裝用聚合物基復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能，本文提出了一種通過(guò)在材料內(nèi)部構(gòu)建熱量傳輸通道的方法改善復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。文章采用兩種方法處理氮化硼（簡(jiǎn)稱(chēng)BN）和鐵粉（簡(jiǎn)稱(chēng)Fe）粒子。

3、方法一：運(yùn)用偶聯(lián)劑干法表面處理氮化硼和鐵粉顆粒制備BN包裹鐵粉的磁性復(fù)合顆粒，然后將磁性復(fù)合顆粒添加在環(huán)氧樹(shù)脂當(dāng)中并置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)下固化成型，從而制備出取向性很好的BN?Fe/Ep復(fù)合材料。由于復(fù)合顆粒定向排列，BN顆粒相互接觸，所以此方法在材料當(dāng)中構(gòu)造了聲子導(dǎo)熱通道。方法二：采用 BN-Fe-BN層間結(jié)構(gòu)復(fù)合工藝在勻強(qiáng)磁場(chǎng)下使BN和Fe顆粒分別定向排列，制備具有聲子和電子雙導(dǎo)熱通道的導(dǎo)熱薄片，之后采用薄片層間疊加工藝制備取向的 BN-F

4、e-BN結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。所制備的樣品分別采用光學(xué)顯微鏡奧林巴斯BX53、SEM、導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀、寬頻介電譜儀和XRD等工具對(duì)材料的性能進(jìn)行表征。主要結(jié)果如下：
　　BN和Fe顆粒經(jīng)偶聯(lián)劑干法表面處理后，成功的制備了BN包裹Fe粉的復(fù)合磁性顆粒，在磁場(chǎng)作用下固化成型后，所制備的BN·Fe/Ep復(fù)合材料內(nèi)部復(fù)合顆粒表現(xiàn)出良好的取向性，但BN顆粒在取向方向一致性不高，當(dāng)復(fù)合顆粒填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到50％時(shí)，材料導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到1.26 W/m·K

5、，是純環(huán)氧樹(shù)脂導(dǎo)熱系數(shù)0.2 W/m·K的6.3倍。
　　BN-Fe-BN結(jié)構(gòu)在磁場(chǎng)作用下時(shí)，BN顆?？梢愿S Fe一起定向排列，達(dá)到BN和 Fe顆粒分別相互接觸的目的，由此成功的在材料內(nèi)部構(gòu)造了聲子和電子雙熱量通道。且經(jīng)SEM觀察，結(jié)果顯示導(dǎo)熱顆粒在磁場(chǎng)方向具有很好的一致性；XRD數(shù)據(jù)表征I002/I100（I002/I100代表了BN的取向度）值達(dá)到了55.3，具有高度的取向性。當(dāng)顆粒填充質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到50%時(shí)，BN-Fe-BN

6、結(jié)構(gòu)取向材料導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到最大值3.59 W/m·K，是純環(huán)氧樹(shù)脂導(dǎo)熱系數(shù)0.2 W/m·K的18倍。
　　導(dǎo)熱顆粒經(jīng)偶聯(lián)劑表面處理后明顯的改善了粒子的分散性，減少了材料內(nèi)部缺陷的數(shù)量，所做的材料斷面SEM圖顯示，經(jīng)偶聯(lián)劑表面處理后的材料斷面比較平滑，材料內(nèi)部縫隙數(shù)量和寬度明顯減小。由此，有效降低了聲子散射問(wèn)題，提高了復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。
　　在頻率10-1-106HZ內(nèi)，所制備的取向材料仍具有很好的電絕緣性能。導(dǎo)熱性能最優(yōu)的