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柱状高性能柔性散热材料设计、制备与运用

收藏本文 2024-02-12 点赞:24395 浏览:108740 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:本论文根据微电子领域最新涌现的散热需求,提出柔性散热材料这一全新概念,用以提升和整合相关散热材料的制备、设计、测量和运用技术,作为热管理技术领域新的探讨方向。利用发泡法自蔓延燃烧合成法制备了长径比可控的高导热长柱状β-Si3N4粉体,结合其他粉体,与不同的有机基体相进行复合,制成了导热胶、导热泥、导热膏和导热垫片四类柔性散热材料。其中重点探讨了导热胶和导热泥的设计、制备与运用技术,因为它们的运用背景为平面散热和整板均温,是热管理技术的重要进展走势之一。导热胶采取环氧树脂或者硅灌封胶为基体材料,β-Si3N4粉体作为主要填料,浅析了复合材料热导率和流动性随填料本征性能、颗粒长径比、粉体表面改性等因素的变化规律。重点论述了各因素对复合热导率的作用机理,引入了MG方程和渗流论述来分别描述填料弥散和连通状态的热导率规律,辅以界面热阻模型、伪晶界模型、排除体积等概念和二步法等数学手段,修正了MG方程和渗流标度率,并且首次给出了渗流标度率中斜率的物理作用。导热泥的制备以高分子量、硬度适中的生胶和乙烯基硅油配合作为基体胶,球形Al2O3粉体作为主要填料,实现了材料的无限压缩特性。同时系统探讨了填料性能及其填充方式对导热泥的热导率和利用性能的影响,讨论了偶联剂、分散剂、触变剂和硫化剂的用法、用量及利用效果。基于Angstrom法,开发了测量平面散热材料面内热扩散率的仪器,作为下一步各向异性高导热柔性散热材料的探讨的硬件支持。探讨了样品夹持方式、热电偶加载方式、输入波形和电路放大方式、测试温度、样品长度等对测量结果的影响。最终实现了对高热扩散率的材料的测量,如柔性石墨片和铜片等,测量误差可以制约在10%以内。关键词:柔性散热材料论文柱状β-Si3N4论文导热复合材料论文面内热扩散率测量论文

    摘要4-5

    Abstract5-13

    第1章 引言13-31

    1.1 探讨背景与作用13-19

    1.1.1 热管理技术中散热材料的重要作用13-14

    1.1.2 柔性散热材料的由来14-15

    1.1.3 柔性散热材料的运用背景及分类15-19

    1.2 柔性散热材料探讨基础19-21

    1.2.1 学术界探讨进展19-20

    1.2.2 工业界探讨近况20-21

    1.3 自蔓延燃烧合成技术概述21-22

    1.4 复合材料热导率模型文献综述22-25

    1.4.1 低填充率弥散相——MG 公式23-24

    1.4.2 高填充率非弥散相互穿网络——渗流论述24

    1.4.3 颗粒形状的影响——排除体积24-25

    1.4.4 非完美界面——界面热阻25

    1.5 材料导热性能——概念与测试策略25-28

    1.5.1 热扩散率和热导率25-26

    1.5.2 热阻、热阻率和热阻抗26-28

    1.5.3 导热性能测试策略28

    1.6 论文的探讨思路和内容28-30

    1.7 论文选题的主要革新点30-31

    第2章 实验仪器及策略31-41

    2.1 材料制备及加工策略31

    2.1.1 原材料混合或混炼31

    2.1.2 真空除泡31

    2.1.3 加热固化(硫化)31

    2.2 材料微观形貌及晶相浅析31-32

    2.2.1 形貌表征31-32

    2.2.2 晶相浅析32

    2.3 材料导热性能测试32-35

    2.3.1 导热垫片热阻测试32-33

    2.3.2 导热脂温差测量33-34

    2.3.3 导热胶热阻测试34-35

    2.3.4 导热泥热阻测试35

    2.4 材料耐热性能测试35-36

    2.4.1 冷热冲击35-36

    2.4.2 高温老化36

    2.5 材料其他物理性能测试36-41

    2.5.1 绝缘强度36-37

    2.5.2 体积电阻率37

    2.5.3 压缩变形曲线37-38

    2.5.4 硬度38

    2.5.5 粘度38-39

    2.5.6 渗油率39-41

    第3章 高导热长柱状β-Si3N4粉体的制备41-59

    3.1 β-Si3N4长柱状晶介绍42

    3.2 发泡自蔓延燃烧合成长柱状β-Si3N4粉体的工艺路线42-47

    3.2.1 发泡自蔓延燃烧合成法介绍42-43

    3.2.2 具体工艺路线43-47

    3.3 影响原料坯体发泡体积和孔径分布的因素浅析47-50

    3.3.1 发泡体积和孔径分布与搅拌时间的联系47-49

    3.3.2 发泡体积与搅拌器转速的联系49-50

    3.4 影响产物相组成的因素浅析50-54

    3.4.1 孔隙率对产物相组成的影响50-52

    3.4.2 氮气压力对产物相组成的影响52-53

    3.4.3 稀释剂含量对产物相组成的影响53-54

    3.5 影响产物β-Si3N4形貌的因素浅析54-57

    3.5.1 孔隙率对产物形貌的影响54-55

    3.5.2 稀释剂含量对产物形貌的影响55-56

    3.5.3 孔径分布对产物形貌的影响56-57

    3.6 本章小结57-59

    第4章 导热胶的设计、制备与运用59-80

    4.1 导热胶的设计思路59-60

    4.2 影响导热胶热导率的因素浅析60-73

    4.2.1 未改性粉体——填充率制胜原则60-65

    4.2.2 粉体表面改性对导热胶热导率的影响65-68

    4.2.3 粉体颗粒长径比对导热胶热导率的影响68-73

    4.3 影响导热胶粘度的因素浅析73-75

    4.3.1 粉体形状对导热胶粘度的影响73-74

    4.3.2 粉体粒径对导热胶粘度的影响74

    4.3.3 粉体预处理对导热胶粘度的影响74-75

    4.4 导热胶的运用探讨75-78

    4.4.1 平面散热器仿真模型75-76

    4.4.2 涂敷厚度及其降温效果仿真76

    4.4.3 涂敷面积及其降温效果仿真76-77

    4.4.4 实物测量结果77-78

    4.5 本章小结78-80

    第5章 导热泥的设计、制备与运用80-95

    5.1 导热泥的设计思路81-82

    5.2 影响导热泥热导率的因素浅析82-87

    5.2.1 粉体类型对导热泥热导率的影响82-83

    5.2.2 粉体级配对导热泥热导率的影响83-85

    5.2.3 抽真空对导热泥导热率的影响85-86

    5.2.4 乙烯基硅油含量对导热泥热导率的影响86

    5.2.5 分散剂对导热泥热导率的影响86-87

    5.3 添加硫化剂后导热泥的性能变化87-89

    5.3.1 硫化前后热导率的变化88

    5.3.2 粉体最高填充率的变化88-89

    5.4 导热泥的运用探讨89-94

    5.4.1 揭开性能(返修)89-90

    5.4.2 降温和均温性能仿真90-91

    5.4.3 实物测量结果91-94

    5.5 本章小结94-95

    第6章 平面热扩散率测试仪设计、制作与测评95-115

    6.1 Angstrom 法测量热扩散率原理95-99

    6.1.1 基本公式96

    6.1.2 半无限长样品——理想检测设96-98

    6.1.3 有限长样品——真实情况98-99

    6.2 仪器设计99-103

    6.2.1 现有条件99-100

    6.2.2 样品夹持方式100-101

    6.2.3 热电偶加载方式101

    6.2.4 热源波形选择和样品长度范围101-103

    6.3 仪器制作历程103-106

    6.3.1 机械部分103

    6.3.2 电路制约部分103-106

    6.4 仪器误差浅析106-114

    6.4.1 热电偶加载方式对热扩散率的影响106-108

    6.4.2 温度对热扩散率的影响108-111

    6.4.3 频率对热扩散率的影响111-113

    6.4.4 其他样品介质的测量结果113-114

    6.5 本章小结114-115

    第7章 结论115-118

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