氧化铝是当今市场上用量最大的导热填料之一,它价格较低,来源较广,物理化学稳定性好,偶联改性后填充份数高,是高导热绝缘聚合物的经济适用型填料,可广泛应用于硅胶,灌封胶,环氧树脂,塑料、橡胶导热、导热塑料、硅脂等有机基体中,堪称是导热填料的主力大军。
要说不足的话,氧化铝填料最大的问题就是本身的热导率不算很高,大约30~35W/(m·K),比石英高一点,基本能满足部分导热界面材料、导热工程塑料以及铝基覆铜板等领域填充剂的应用需求。但到了实际应用时,受填料晶体形状以及填充度的影响,复合材料的导热率跟填料本身相比必然会大打折扣。因此为了尽可能发挥出填料本身的优势,应从从以下几方面下手,使复合材料的热导率更加接近填料本身的导热性能。
一、使用大单晶氧化铝填料
大单晶氧化铝是由氢氧化铝或者工业氧化铝添加特殊矿化剂,经高温煅烧而成的白色粉末结晶体。它与同规格多晶粉体相比,由于热能可直接通过单晶,所以更容易形成导热通道,在导热性能上有明显优势。

类球状大晶体α-氧化铝
不过单晶化生长难以控制,各向晶粒异常长大很常见,因此晶体越大越难做,在过去国内大单晶氧化铝粉体基本都要依赖进口而且价格昂贵。不过据孙志昂教授介绍,目前国内已经有做得不错的厂商了——比如说河南长兴实业有限公司的大单晶氧化铝已经突破20μm大关,可以做到30~40μm,颗粒形态可做到类球形、片状、柱状,形貌规整、转化率高、晶体大,因此流动性好,填充份数也高,目前除满足国内需求外还能出口至其他国家。
二、不同粒度、形状、种类的填料混搭
俗话说,合作才能共赢,在导热填料应用上也是如此。目前在实际生产中,为了使复合材料获得更高的热导率,厂商会经常混搭两种或两种以上的导热填料使用,主要可分为不同粒径的混合、不同形状的混合以及不同材料的混合。
1不同粒径的组合
虽然大单晶氧化铝的性能很不错,但只填充大颗粒的话它们在基体内会有许多间隙。此时就需要靠一些更加细小的填料进入这些大颗粒无法占据的空间,让大颗粒和小颗粒形成更紧密的堆积,增加填料之间的接触,从而提高材料的导热性能。
研究结果证实,多种粒径导热填充料混合填充时,对提高导热性和降低黏度有明显影响,当粒径分布适当时,完全可以同时得到最高导热率和最低黏度。以球形/类球形氧化铝为例,微米级与纳米级的混搭往往能展现出更优异的导热特性。
2不同形状的组合
通过制备工艺的调整,氧化铝导热填料可以呈现出多种形态,包括球形、类球形、片状、条状、柱状等。目前它们之中最火的就是球形氧化铝,流动性好,在聚合物中填充性好,其搭接主要靠提高填料比例,使其互相接触实现。
但就如上面提过的一样,只填充单一的球形氧化铝的话,有效搭接面积并不大。因此在实际应用中往往会把球粒状填料和具片状/晶须填料配合使用,由于混杂效应,填料间相互接触几率增大,更易形成导热通路,比单一微观形态的粒子更能提高体系的导热性能。

片状大晶体α-氧化铝
对于可制备多种形状氧化铝填料的厂商来说,还能针对这点为客户提供定制化的服务。比如说河南长兴就可根据客户的应用需求,定制化提供不同形状的氧化铝填料组合产品,让客户采购一步到位更省心。

柱状大晶体α-氧化铝
3不同材料的组合
如果氧化铝填料的导热性能无法满足需求,但是又舍不得物美价廉的它,那搭配上导热性能更高的其他材料就是一个很好的选择。如此一来,就能在成本可控的前提下提高复合材料的综合性能。目前复配在导热填料领域已是一种很常见的处理,经常和氧化铝合作的有氮化硼、氮化铝等。