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影响陶瓷材料导热性的因素有哪些

来源: 2019-03-22

    冬天,当我们躺在暖暖的被窝里,会觉得不那么冷了;而起床时,要穿上厚厚的棉拖,否则,冰凉的瓷砖,会传来刺骨的冷。为什么棉被和瓷砖会带给我们如此不同的感受呢?这一切都是由于材料的一个重要的物理参量-热导率,其对材料的研究有着重要意义。

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    以陶瓷材料为例,其导热性能,与其化学组成、组织结构、密度、烧结工艺等因素有关。在一定范围内,通过特定方法增加陶瓷材料的导热系数,将会提高其热传导、热对流、热辐射的能力,制备得到具有对热能强吸收、高存储、强散热及高导热系数的陶瓷材料,进一步拓展陶瓷材料的应用领域。下文中,博纳科技为您介绍陶瓷材料热导率的影响因素及提高热导率方法。


    一、陶瓷材料热导率影响因素


    1化学组成


    普通陶瓷的导热系数是(0.02~1.5)W/(m·K)。在实际应用中,低的导热系数陶瓷材料远不能满足节能、高效及特殊性能的需求。组分掺杂是提高陶瓷材料导热系数的一种重要方法。这种方法按掺杂组分性质的不同可以分为两种:添加非金属材料或者添加金属材料。


    氮化铝陶瓷基板材料


    在电子封装材料应用领域,通过氮化铝陶瓷复合粉体制备氮化铝(AlN)为主的特种陶瓷,导热系数达到210W/(m.k),是氧化铝陶瓷导热效率的5-8倍,能耐2200℃以上的高温。具有热导率高、机械性能稳定强和优秀的电气绝缘性能,具有极高的绝缘电阻和低的介质损耗,是新一代大规模集成电路以及功率电子产品的理想导热陶瓷材料。


    2原料粉体颗粒尺寸


    原料粉体的粒度、纯度、物相会对陶瓷材料的热导率、力学性能产生重要影响。当颗粒尺寸越大时,陶瓷的致密化过程延迟会越明显,在陶瓷的制备过程中,陶瓷内部不可避免地会出现气孔,一般气孔越多,材料的热传导性能相应会提高。


    当陶瓷粉体颗粒尺寸下降至纳米级别时,其导热系数将随之降低。纳米微粒的表面效应和小尺寸效应改变了材料本身的性质。晶粒尺寸减小、分布变窄,晶界与气孔的分离区减小以及烧结温度的降低使得烧结过程中不易出现晶粒的异常生长,陶瓷体晶粒分布均匀。因此,当粉体颗粒尺寸较小时,陶瓷的导热系数将随着颗粒尺寸下降而减小。在实际生产时,适当控制原料粉体颗粒尺寸,能够改善陶瓷材料的热传性能。