一种氮化硼/氧化铝复合膜材料及其制备方法与应用与流程

本发明涉及复合膜制备，具体涉及一种氮化硼/氧化铝复合膜材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着电子器件中电气元件密度的上升和电子器件工作频率的提高，电子器件的散热问题越来越引起人们的关注。如果不能处理好电子器件的散热问题，电子器件的寿命和工作性能将受到严重影响。氮化硼作为一种高导热二维材料，在散热材料领域受到格外重视。

2、但由于氮化硼层与层之间通过范德华力连接，声子散射严重，限制了氮化硼材料的穿面导热能力。同时，由于氮化硼的高温稳定性，其烧结通常需要在高温且加压的环境中持续数小时才能完成，苛刻的生产条件严重限制了其大规模生产和应用。同时，由于氮化硼成本较高也严重限制了其大规模生产和应用。

3、如何使用简单的工艺制备一种氮化硼复合膜，使其同时具有较高的平面热传导能力和穿面热传导能力是本领域急需解决的问题。

技术实现思路

1、解决的技术问题：针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种氮化硼/氧化铝复合膜材料及其制备方法与应用，所述氮化硼/氧化铝复合膜材料中氧化铝作为空间占位改变了氮化硼的取向，使所述氮化硼/氧化铝复合膜材料内形成了一定的穿面导热通路，较大地提高了氮化硼/氧化铝复合膜材料的导热性能。

2、技术方案：一种氮化硼/氧化铝复合膜材料的制备方法，步骤如下：

3、步骤一、制备氧化铝有机分散液：将任意形貌的α相氧化铝粉末与非离子性表面活性剂分散在有机溶剂中，使用细胞粉碎机超声分散1-60分钟，功率为300-650w，得到氧化铝分散液；

4、步骤二、制备氮化硼有机分散液：将氮化硼片、球磨球、有机溶剂进行配比，并在300-800rpm球磨12-36h，球磨后的浆料分散在1.5-3l有机溶剂中得到球磨液分散液，将球磨液分散液使用细胞粉碎机超声分散12-36h，功率为300-650w，得到氮化硼分散液；

5、步骤三、将氧化铝有机分散液和氮化硼有机分散液混合后通过真空抽滤、压制、预烧结、超高温快速烧结后处理，制备得到以氧化铝颗粒作为空间占位改变氮化硼纳米片取向的氮化硼/氧化铝复合膜材料。

6、作为优选，所述步骤一中α相氧化铝粉末粒度为0.5-10μm，氧化铝添加量不超过复合膜总固含量的15wt％，表面活性剂添加量为氧化铝添加量的5-10wt％。

7、作为优选，所述氧化铝添加量为复合膜总固含量的10wt％。

8、作为优选，所述步骤一中非离子性表面活性剂为f127非离子性表面活性剂。

9、作为优选，所述步骤二中氮化硼片、球磨球、有机溶剂按照质量比2:180:(8-10)比例进行配比。

10、作为优选，所述步骤一和二中有机溶剂为n-n二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、异丙醇、二甲基亚砜、n-乙基吡咯烷酮和丙酮中的至少一种。

11、作为优选，所述步骤三中压制压力为20-40mpa，保压时间为5～10min；预烧结温度为600-800℃，保温时间2-6h；超高温快速烧结的温度为2300k，烧结时间为20-60s。

12、基于上述方法制备的一种氮化硼/氧化铝复合膜材料。

13、基于上述一种氮化硼/氧化铝复合膜材料在制备电子器件导热复合膜中的应用。

14、本发明所述氮化硼/氧化铝复合膜材料包括氮化硼纳米片和设于氮化硼纳米片之间的氧化铝颗粒，其中氮化硼纳米片为主要基体，氧化铝颗粒作为空间占位添加剂。通过氧化铝的添加，改变氮化硼纳米片的排列取向，使得氮化硼/氧化铝复合膜形成一定的垂直导热通路。

15、有益效果：(1)本发明提供的氮化硼/氧化铝复合膜材料，包含氮化硼纳米片为主要基体和氧化铝颗粒作为空间占位添加剂。通过氧化铝的添加，改变氮化硼纳米片的排列取向，使得氮化硼/氧化铝复合膜形成一定的垂直导热通路，从而提高了氮化硼/氧化铝复合膜材料的导热性能。

16、(2)相比于纯氮化硼膜，本发明添加了氧化铝的成分，且仅对氧化铝的粒度和添加量有要求，并不要求氧化铝的形貌，进一步降低了氮化硼复合膜的成本。

17、(3)本发明所述氮化硼/氧化铝复合膜材料，制备工艺简单，制备流程耗时短。前期通过简单的混合和抽滤即可初步成型。相比于传统的高温高压烧结，本发明所述氮化硼/氧化铝复合膜材料可在30s内短时间完成烧结，极大提高烧结效率，缩短了工艺耗时。

18、综上，本发明制备的产品其穿面导热性能显著增强，导热各向异性明显降低，所制备的氧化铝/氮化硼复合膜力学，抗电击穿等性能优异。在添加氧化铝颗粒后，将纯氮化硼膜的垂直热导率从4.1w/mk提高到8w/mk。复合膜的拉伸强度达到60mpa以上，抗击穿强度达到50kv/mm以上。

技术特征：

1.一种氮化硼/氧化铝复合膜材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种氮化硼/氧化铝复合膜材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中α相氧化铝粉末粒度为0.5-10μm，氧化铝添加量不超过复合膜总固含量的15wt％，表面活性剂添加量为氧化铝添加量的5-10wt％。

3.根据权利要求2所述的一种氮化硼/氧化铝复合膜材料的制备方法，其特征在于，所述氧化铝添加量为复合膜总固含量的10wt％。

4.根据权利要求1所述的一种氮化硼/氧化铝复合膜材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中非离子性表面活性剂为f127非离子性表面活性剂。

5.根据权利要求1所述的一种氮化硼/氧化铝复合膜材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中氮化硼片、球磨球、有机溶剂按照质量比2:180:(8-10)比例进行配比。

6.根据权利要求1所述的一种氮化硼/氧化铝复合膜材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一和二中有机溶剂为n-n二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、异丙醇、二甲基亚砜、n-乙基吡咯烷酮和丙酮中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的一种氮化硼/氧化铝复合膜材料的制备方法，其特征在于，所述步骤三中压制压力为20-40mpa，保压时间为5～10min；预烧结温度为600-800℃，保温时间2-6h；超高温快速烧结的温度为2300k，烧结时间为20-60s。

8.基于权利要求1所述的方法制备的一种氮化硼/氧化铝复合膜材料。

9.基于权利要求8所述的一种氮化硼/氧化铝复合膜材料在制备电子器件导热复合膜中的应用。

技术总结一种氮化硼/氧化铝复合膜材料及其制备方法与应用，步骤如下：将任意形貌的α相氧化铝粉末与非离子性表面活性剂分散在有机溶剂中，使用细胞粉碎机超声分散，得到氧化铝分散液；将氮化硼片、球磨球、有机溶剂进行配比，球磨，球磨后的浆料分散在有机溶剂中得到球磨液分散液，将球磨液分散液使用细胞粉碎机超声分散，得到氮化硼分散液；将氧化铝有机分散液和氮化硼有机分散液混合后通过真空抽滤、压制、预烧结、超高温快速烧结后处理即可。本发明将氧化铝作为空间占位改变了氮化硼的取向，使所述氮化硼/氧化铝复合膜材料内形成了一定的穿面导热通路，较大地提高了氮化硼/氧化铝复合膜材料的导热性能。技术研发人员：黄淞,刘闽苏,丁斯远,范维仁,邹瑞萍受保护的技术使用者：苏州工业园区蒙纳士科学技术研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/5