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从粉体到高性能填料:高压均质技术如何助力绝缘导热材料开发?

AI 芯片、先进封装、高集成度电子器件……半导体技术持续发展,也让散热问题受到更多关注。如何在有限空间内将热量有效传递出去,正在成为材料研发与产品设计中的重要课题。

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在电子热管理领域,材料不仅要能够导热,还需要满足电绝缘、加工成形和使用可靠性等要求。氮化硼、氮化铝、氧化铝等绝缘导热填料,因此成为导热胶、导热垫片、灌封材料及复合薄膜开发中的重要选择。


选对填料只是起点。如何让填料以合适的尺寸、形貌和分散状态进入配方,同样影响着最终材料的表现。


粉体进入液体体系后,可能出现团聚、分布不均等问题,影响后续混合和加工。对于层状填料,还需要兼顾剥离程度与片层尺寸。


高压均质技术的应用价值,就体现在对这些加工环节的调控上。


高压均质技术价值


通过加压,使物料流经特定处理区域,高压均质技术利用剪切、冲击等作用,对物料进行分散、解聚或层状结构剥离。


配合压力、循环次数、分散介质与物料浓度的调整,可以为不同填料建立相应的处理方案。对于绝缘导热填料,其应用价值主要体现在以下三个方面:


改善分散状态

促进团聚体解聚,改善填料在液体体系中的分布,为后续混合与复合加工提供基础。


调控尺寸与形貌

根据应用目标调整处理条件,兼顾颗粒分散、片层剥离和结构保留需求。


支持配方与工艺优化

将处理后的粒径、形貌、稳定性与最终材料性能关联起来,为研发筛选和工艺调整提供依据。


按需匹配设备工艺


导热填料的加工,并不以粒径越小为唯一目标。片层尺寸、填料之间的接触、与基体的界面状态,以及成形后的排列方式,都可能影响热量传递。有效的处理方案,需要与后续配方及应用场景相匹配。


高压均质机和微射流均质机均可用于六方氮化硼、氧化铝等材料的处理,具体选择取决于方案需求。


两类设备在处理结构和作用方式上有所差异。实际选型需要结合原料状态、目标粒径、片层保留要求、浆料黏度及处理量综合判断。


有的客户更关注分散均匀性,有的希望控制片层尺寸,也有的需要兼顾处理效率与后续生产衔接。


围绕这些目标开展试验,再确定设备和参数,能够让工艺选择更贴近实际需求。


六方氮化硼的剥离


六方氮化硼(h-BN)凭借良好的导热性、电绝缘性和化学稳定性,成为导热复合材料的重要候选。将其剥离成氮化硼纳米片(BNNS),再与聚合物复合,可以用于制备柔性导热薄膜。


剥离的目的,是在减薄片层的同时保留适宜的横向尺寸,为分散、界面接触和导热通路构建创造条件。 因此,加工时需要兼顾剥离程度与片层完整性,避免过度破碎,并结合最终复合材料性能评价处理效果。


不同介质下的氮化硼纳米片形貌


微射流均质:90 MPa,50次

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SEM 图显示,在相同均质条件下,相较纯水介质,1.5% CMC 辅助处理的样品呈现出更薄的片层形貌,表明聚合物辅助更有利于氮化硼的剥离。


氮化硼复合薄膜:截面结构对比


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相比细菌纤维素(BC)复合膜,芳纶纳米纤维(ANF)复合膜的结构更为致密,片层沿膜面排列更明显,有利于片层之间的有效接触和面内导热通路的形成,为其较高的面内热导率提供了结构上的解释。


氧化铝解聚与分散


氧化铝是常见的绝缘导热填料,粉体在储存、润湿和混合过程中可能形成团聚体,影响浆料均匀性与后续加工。因此,围绕氧化铝的处理应重点关注四个方面:


· 解聚程度:团聚体是否被充分打散,可通过处理前后浆料的粒径分布(尤其是 D50、D90 与大颗粒尾部)对比判断;

· 粒径分布与级配保持:对于依靠粗细颗粒搭配实现高填充的配方,应确认处理没有改变原有粒径级配,避免大颗粒被过度破碎,破坏级配设计;

· 浆料稳定性:处理后的浆料在静置或循环存放过程中是否重新团聚、沉降,可结合 Zeta 电位、黏度时变和离心稳定性评价;

· 加工流动性:浆料黏度是否满足后续混合、脱泡、涂布或灌封工艺要求。

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ATS高压均质机分散粒径结果


需要注意的是,氧化铝的处理并不以"粒径越小越好"为目标。对级配填料而言,大颗粒是骨架,小颗粒是填充孔隙的角色,一味提高压力、增加循环次数,可能把骨架颗粒打碎,反而降低填充上限和导热性能。


总结


高压均质技术的核心价值,在于对填料分散状态的可控调控:氮化硼重在"剥得开、保得住",氧化铝重在"散得开、级配不变"。

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无论哪种填料,处理方案都应与粒径设计、基体体系和应用场景相匹配——通过"处理条件—浆料指标—复合材料性能"的关联评价建立工艺窗口,而不是单纯追求粒径减小。围绕实际目标开展试验,均质技术才能真正服务于导热绝缘材料的性能提升。


安拓思专注于高压均质与微射流均质技术,针对氮化硼、氧化铝、石墨烯、碳纳米管等导热及功能填料的分散、解聚与剥离需求,提供从小试工艺摸索到放大生产的整体解决方案。


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公司自有实验室可支持客户开展来料测试与工艺摸索——围绕压力、循环次数、固含量、分散介质等参数进行筛选,结合粒径、形貌与稳定性数据确定工艺窗口,降低研发试错成本,助力新材料从实验室走向产业化。


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ATS纳米实验室


如果您正在开展绝缘导热填料的分散、剥离或浆料工艺开发,欢迎与我们交流原料体系、目标指标及处理量需求,共同探索适合的均质处理方案。


参考文献:

章秭、俄松峰、王渊等,2026,《复合材料学报》,43(6):3768–3778,DOI:10.13801/j.cnki.fhclxb.20250825.001。

ATS  2026-11-05  |  阅读:46
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