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淺談環(huán)氧樹脂基導(dǎo)熱復(fù)合材料
環(huán)氧樹脂以其優(yōu)異的機(jī)械性能、粘接性能和耐化學(xué)腐蝕性，**應(yīng)用于各個領(lǐng)域。近年來，隨著材料科學(xué)的發(fā)展，環(huán)氧樹脂的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，特別是在導(dǎo)熱復(fù)合材料領(lǐng)域。本文將詳細(xì)介紹環(huán)氧樹脂的多種應(yīng)用，特別是導(dǎo)熱復(fù)合材料在電子封裝和航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用前景。
一、環(huán)氧樹脂的基本特性
環(huán)氧樹脂是一種熱固性聚合物，其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)使其具有高度的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性。環(huán)氧樹脂在固化后形成的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，賦予其優(yōu)異的耐熱性和電絕緣性。此外，環(huán)氧樹脂還具有良好的粘接性能，可以與各種材料形成牢固的結(jié)合，這使其在涂料、膠黏劑和復(fù)合材料中得到了**應(yīng)用。
二、環(huán)氧樹脂基導(dǎo)熱復(fù)合材料
隨著電子設(shè)備的不斷小型化和高功率化，散熱問題變得尤為重要。傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂由于其較低的熱導(dǎo)率，難以滿足高熱流密度的散熱需求。因此，研究人員通過在環(huán)氧樹脂中添加導(dǎo)熱填料來提高其熱導(dǎo)率，開發(fā)出了多種導(dǎo)熱復(fù)合材料。
2.1 金屬填料
金屬填料如銅、銀和鋁具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，被**用于環(huán)氧樹脂基導(dǎo)熱復(fù)合材料中。研究表明，通過添加適量的金屬填料，可以**提高復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。例如，通過在環(huán)氧樹脂中加入鋁顆粒，制備Al/EP復(fù)合材料，當(dāng)鋁顆粒含量達(dá)到48%時，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率達(dá)到1.03 W/(m·K)。將銀納米粒子散布在Al2O3 薄片表 面,填充進(jìn)環(huán)氧樹脂中制成一種導(dǎo)熱復(fù)合材料，加入的銀納米物質(zhì)在體系中充當(dāng)了橋梁，將相鄰的 Al2O3 薄片互相連接起來，當(dāng)這種填充材料在環(huán)氧樹脂中添加量達(dá)到50%左右時，復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到6.71W/(m·K)。
2.2 氧化物和氮化物
一般使用的氧化物填料主要有Al2O3 、SiO2 及 ZnO等材料。ZnO熱導(dǎo)率不高，但是價格低，填充量大，應(yīng)用較為**。將氧化鋅晶須(ZnOw)填充到EP基體中，制備了導(dǎo)熱性高的ZnO/EP材料，在ZnOw含量為10%時，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率約為純EP的3倍。將納米Al2O3 /EP復(fù)合層夾在兩個微米Al2O3/EP復(fù)合層之間，形成一種“三明治”結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。研究后發(fā)現(xiàn)，新材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.447W/(m·K)，擊穿強(qiáng)度為68.50kV/mm，對于需要高性能復(fù)合材料的電氣設(shè)備而言，這種技術(shù)具有重要意義。
2.3 碳系填料
碳納米管（CNTs）和石墨烯等碳系填料由于其優(yōu)異的熱導(dǎo)率和機(jī)械性能，也被**應(yīng)用于環(huán)氧樹脂基導(dǎo)熱復(fù)合材料中。研究顯示，通過添加碳納米管，可以將環(huán)氧樹脂的熱導(dǎo)率提升至原來的14倍以上。
2.4 碳化物
SiC具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、優(yōu)異的耐磨性和高的導(dǎo)熱系數(shù)，是*常用的碳化物填料。通過在EP中分別加入SiC3.5 、SiC40 和 SiC90 填充材料，制備出具有優(yōu)異性能的SiC/EP高熱傳導(dǎo)環(huán)氧復(fù)合材料。研究表明，隨著填充物含量的增加，復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)首先增大，后又減小，其中1.09W/(m·K)、1.11W/(m·K)、1.35W/(m·K)分別為SiC3.5、SiC40、SiC90復(fù)合材料熱導(dǎo)率的*大值。
三、環(huán)氧樹脂在電子封裝中的應(yīng)用
在電子封裝領(lǐng)域，環(huán)氧樹脂常用于芯片封裝材料。由于其優(yōu)異的機(jī)械性能和電絕緣性，環(huán)氧樹脂可以有效保護(hù)芯片免受機(jī)械應(yīng)力和外界環(huán)境的影響。此外，通過添加導(dǎo)熱填料，環(huán)氧樹脂基導(dǎo)熱復(fù)合材料可以有效解決芯片在工作過程中產(chǎn)生的熱量問題，從而延長電子器件的使用壽命。
四、環(huán)氧樹脂在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用
在航空航天領(lǐng)域，材料的輕量化和高性能化是關(guān)鍵要求。環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料由于其優(yōu)異的機(jī)械性能和耐環(huán)境性能，被**應(yīng)用于飛機(jī)和航天器的結(jié)構(gòu)部件中。例如，環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料常用于制造飛機(jī)的機(jī)翼、機(jī)身和尾翼等部件。這些材料不僅具有**度和高剛性，還能**減輕飛機(jī)的自重，提高燃油效率。目前,我國在火箭發(fā)動機(jī)外殼的制造中,已 成功將玻璃纖維/環(huán)氧復(fù)合材料和芳綸/環(huán)氧復(fù)合 材料應(yīng)用在了發(fā)動機(jī)殼體之內(nèi),這樣一來,火箭發(fā) 動機(jī)的質(zhì)量就能**減輕,發(fā)動機(jī)性能就能得到 **提升。此外，環(huán)氧樹脂基導(dǎo)熱復(fù)合材料在航空電子設(shè)備中的應(yīng)用也越來越**。通過添加高效導(dǎo)熱填料，可以**提高環(huán)氧樹脂的熱導(dǎo)率，從而有效散熱，確保航空電子設(shè)備在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。
五、未來發(fā)展方向
雖然環(huán)氧樹脂基導(dǎo)熱復(fù)合材料在許多領(lǐng)域取得了**進(jìn)展，但仍面臨一些挑戰(zhàn)。首先，如何在提高熱導(dǎo)率的同時，保持材料的機(jī)械性能和電絕緣性，是一個重要課題。其次，導(dǎo)熱填料在環(huán)氧樹脂基體中的均勻分散和界面結(jié)合問題也需要進(jìn)一步研究。
未來，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，新型納米填料的引入有望進(jìn)一步提升環(huán)氧樹脂基導(dǎo)熱復(fù)合材料的性能。此外，通過優(yōu)化填料的形態(tài)和尺寸，以及改進(jìn)復(fù)合材料的制備工藝，可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱、機(jī)械和電性能的綜合提升。
來源：網(wǎng)絡(luò)
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