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导热专题球形氧化镁在导热领域的应用
2021年12月02日    阅读量:3280    新闻来源:考腾资讯网  |  投稿

氧化镁(MgO)是应用十分广泛的化工材料,具有优良的化学惰性、耐热性、绝缘性和导热性,其中比较突出的是良好的抗高温氧化性能,适中的碱性,由于存在氧空位和单电子而产生的亲电子性等,这些性质为氧化镁的应用提供了重要的基础条件。


一般氧化镁是片状结晶,但是经研究发现一些特殊形貌的氧化镁在很多方面都有着十分有效的应用。例如球形氧化镁可以在色谱法中作为固定相材料,可以作为吸附有毒物质的材料,以及添加到塑料中提高导热性等方面都有十分重要和有效的应用涂料在线coatingol.com


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↑↑球形氧化镁

导热填料的类型


高分子聚合物材料的导热率普遍偏低,大部分常见材料的热导率在0.3W/m·K左右,所以为了提高高分子聚合物的导热性能,需要在聚合物材科中填充导热填料。通过共混的方法将导热系数较高的导热填料均匀地分散到聚合物基体中,填料之间形成相互接触的导热网链,以使得高分子聚合物的导热性能满足应用需求。


导热填料主要分为炭基材料、金属材料和非金属无机材料三种,几种常见填料的热导率如下表:

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1.炭基材料

部分炭基材料的导热率明显高于金属材料和无机非金属材料,炭基材料因其微观结构十分独特,导热性能具有各项异性。以石墨为例,石墨具有较为典型的层状结构,同时以电子和声子的双重机制起到作用,因此石墨的导热性能良好,具备各项异性的特点,同时价格便宜并能与基体良好混合,一般被认为是首选导热填料。


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↑↑石墨导热片

2.金属材料

金属材料是公认的热的良导体,不仅是高分子材料的填充剂方面,在航天、机械制造等方面都有较为成熟而且广泛的应用。金属材料内部存在着大量自由电子,其导热性能主要取决于这些内部的大量电子的自由移动,一般金属材料的导热系数较高。同时因为金属材料的导电性能良好,在作为填充剂制备的复合材料中,可以提供其导电性。


但是金属材料的密度较大,与高分子聚合材料难以均匀地混合,这就制约了其在高分子材料导热填料方面的应用。


3.无机非金属材料

无机非金属主要依靠声子导热,一般导热系数相对于炭基材料和金属材料较低,但有较好的绝缘性。主要分为金属氮化物和金属氧化物,金属氮化物填料包括:BN、AlN等;金属氧化物填料包括:MgO、Al203等。


其中氮化物以晶体的形式存在,结构规律且致密,声子在晶体中传播阻力较小,因此热量可以比较有效传递。但是氮化物纯度越高,价格也就高。金属氧化物虽然导热系数不高,但是价格便宜,材料来源广泛,因此应用比较广泛。


在氧化物中最常用的是氧化铝和氧化镁,氧化铝导热性能相对较低,但成本不高,所以应用比较广泛。氧化镁的导热系数虽然比氮化硼要低,但比氧化铝要高,为36W/m·K,而且成本较低,所以在导热填料应用上也越来越受到关注。


不同填料形貌对导热性能的影响


一般棒状和有一定长径比的片状结构填料,加入高分子材料中比较容易在其中形成导热网链,从而提高了复合材料的导热性能,但是此类填料会在加工过程中发生取向分布,即棒状结构方向不一-致,会导致复合材料的导热性能产生各向异性,加工方向的导热系数远远高于垂直加工方向的导热系数。


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↑↑片状填料


因此在设计生产填料产品形状时,尽量使填料取向方向一致,从而提高复合材料的导热效率。


相比之下,由于球形结构的各向同性,因此球形填料对提高复合材料的导热性能效果,相比于棒状或片状结构来讲更有优势。同时球形粉体颗粒粒径较小且分布均匀,表面形貌规则,粉体的堆积密度显著增大,可以很大程度上改善粉体的流动性和分散性,最大限度地消除团聚的影响,使粉体内部的缺陷得到改善。


球形氧化镁的发展现状


对于球形氧化镁产品,由于涉及高性能芯片技术的应用,国外对氧化镁球形化合成技术高度保密,产品的国际采购较为困难,也无法获取产品的完整技术参数和专业制造设备等资料。据有关文献报道,目前世界上仅有日本、美国、以色列等少数科技发达国家掌握该产品的合成制造技术。


粉体球形化的物理和化学方法

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▲▲▲

目前主要通过两种方法制备球形氧化镁:

1)以镁盐为原料首先得到制备球形氧化镁的前驱体,将前驱体热处理得到球形氧化镁,一般前驱体为球形碱式碳酸镁或球形氢氧化镁或球形碱式草酸镁。


2)将氧化镁粉末与溶剂和粘合剂混合后,通过机械成型得到球形氧化镁,经过热处理得到球形氧化镁产物。


但在产业化的探索中,氧化镁的球形化更多的还是依赖基于球形氧化铝和球形硅微粉的技术积累,在全球范围内,目前Denka已走在前列,国内也有一些球形粉企业正在进行产线布局。相信随着5G和新能源汽车等新兴市场的火热,被视作接棒球形氧化铝的“下一代导热填料”的球形氧化镁,也能尽快量产,实现国产化替代,从而开始大规模的应用推广。


标签:工业涂料原材料石墨烯涂装应用技术中心
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