一种导热填料用氮化铝粉体的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种填充量高、抗水解性能优异、与高分子材料兼容性好的氮化铝粉体及其制备方法，其应用领域为导热高分子材料的填充料。采用炭黑与γ‑氧化铝为主要原料，于1500~1800℃范围内在氮气气氛中进行氮化。得到的粉末于特定气氛下，在500~700℃进行除碳，得到氮化铝晶相含量为100%，中值粒径为5~30μm的粉体。采用偶联剂对该粉体进行改性，得到抗水解性能优异、与高分子材料兼容性好的氮化铝粉体。该粉体适用于导热塑料填料领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于粉体制备领域，具体为一种导热填料用氮化铝粉体的制备方法。
技术介绍
随着电子器件密度增加和快速集成电路的要求，对微电子封装材料的散热变得越来越重要。高分子导热复合材料由于其高绝缘性，可加工设计度高，耐腐蚀等优点而在散热材料领域得到了广泛的应用，用高导热无机填料填充高分子是解决材料散热问题的一种经济有效的方法。常用的导热填料有：Al2O3、MgO、BeO、ZnO等金属氧化物，AlN、BN、Si3N4等氮化物，及SiC、B4C3等碳化物。其中，AlN因具有高热导、优异的介电性能、能实现高填充量、无毒等优点，特别适合做导热绝缘胶的填充料。氮化铝虽具有诸多优点，但其易水解的特点、与高分子材料的兼容性问题也是制约以氮化铝为填料的高分子导热复合材料热导率提高的两个重要因素。氮化铝粉末在潮湿的环境极易与水中羟基形成氢氧化铝及NH4+。氮化铝粉末表面形成的氢氧化铝层使得氮化铝晶格溶入大量的氧，恶化其导热散热性能；NH4+对填料中的催化剂有很大的不利影响。同时，氮化铝粉体表面水解会影响硅胶片的固化，成型时表面会有气泡等现象；在大功率灯泡的使用过程中，温度升高到100℃以上，未处理的氮化铝粉体硅脂产品会与水蒸气反应，从而影响硅脂的寿命。未经表面改性的氮化铝粉体与高分子材料的兼容性差，即很难与高分子材料混合均匀，因此很难形成一个良好的导热通道、互穿网络，很难解决高分子的导热传热。
技术实现思路
本专利技术从提高氮化铝粉体的抗水解性能以及与高分子材料的兼容性两个角度出发，提供了一种导热填料用氮化铝粉体的制备方法。该方法制备的氮化铝粉体具有填充量高、抗水解性能优异、与高分子材料兼容性好等优点。具体包括如下步骤：步骤一、配料：将γ-氧化铝与炭黑按1:1.5~1:4的比例混合，额外加入氧化铝质量的0~10%的CaF2、CaO、Y2O3中的一种或几种，并混合均匀。步骤二、氮化：将原料放入石墨坩埚中，于1500~1800℃在氮气气氛中氮化1~4h。步骤三、除碳：将氮化后的粉体进行除碳处理。具体操作方法为在空气气氛中进行，温度为650~700℃，除碳时间为1~3h；或在高氧低氮（相对空气来讲）的气氛下进行，除碳温度为550~650℃，除碳时间为1~3h。步骤四、表面处理：采用0.5~10%的偶联剂KH550、KH570、KH590、钛酸酯对粉体进行表面改性，以提高粉体的抗水解性能及与高分子材料的兼容性。具体操作如下：将改性剂与无水乙醇混合均匀后，加入氮化铝，并球磨。磨介球为氮化硅球、氧化锆球或玛瑙球，球磨后在真空或保护气氛下烘干。球料比、球的级配及球磨时间根据粉体的起始粒度及需求而定。改性后的粉体，抽滤，洗涤，烘干。附图说明图1为实施例1制备的粉末样品的XRD图谱。图2为实施例1制备的粉末样品的扫描电镜图片。图3为实施例1制备的粉末样品的粒度分布图。具体实施方式以下结合附图及实施例对本专利技术进行详细的阐述。实施例1：按1:2.5的比例称取γ-氧化铝与炭黑，并与氧化铝质量2%CaF2及3%的Y2O3混合均匀后，放入石墨坩埚中，于1600℃在氮气气氛中氮化2h。将得到的样品于650℃的高氧低氮气氛（氧氮体积比为6:4）中除碳1h。经测试得到氮化铝晶相为100%、D50为9.09μm的样品。按样品：玛瑙球：无水乙醇=100x:200x:100x的配比称取，加料顺序为1xg钛酸酯与100xmL无水乙醇混合均匀后，加入100xg氮化铝粉体及100xg无大小级配的氮化硅球，球磨转速为200r/min，球磨2h后得到D50为8μm的粉体。改性后的粉体，抽滤，洗涤，烘干。取该样品1g在50mL温度为50℃水中呈漂浮状，24h后无颗粒沉降，活化指数为1。为说明本专利制备出的氮化铝填料的优异性能，实施例1制备出的样品用于低温硫化的液体硅橡胶填料，并测试其热导率。选用低粘度的乙烯基硅油做基料，含氢量较低的含氢硅油为交联剂。Karstedt催化剂:铂的质量分数为1.0×10-4；乙炔环己醇抑制剂:抑制剂（mol）/Pt（mol）=1600。将9g基料、20g交联剂、2g催化剂、2g抑制剂与180g填料混合均匀后放入模具中，并在真空泵中抽真空。然后放入炉中加热至120℃，并保温30min以完成固化。脱模后采用激光导热仪测试其热导率为1.92W/(m·K)。实施例2：按1:1.5的比例称取γ-氧化铝与炭黑，并与氧化铝质量10%的CaO混合均匀后，放入石墨坩埚中，于1500℃在氮气气氛中氮化4h。将得到的样品于650℃的空气气氛中除碳3h。经测试得到氮化铝晶相为100%、D50为5.15μm的样品。因粒度与一般填料用粉体最小粒度相当，故粉体不需要进一步的细化处理。称取上述制备的粉体100g加入0.5gKH570与100mL的无水乙醇的混合溶液中，搅拌均匀，并球磨。采用直径5mm的氮化硅磨介球，球料比为3:2，转速200r/min，球磨2h。改性后的粉体，抽滤，烘干。得到抗水解性能优异、与高分子材料兼容性好的氮化铝粉体。实施例3：将γ-氧化铝与炭黑按1:4的比例混合均匀后放入石墨坩埚中，于1800℃在氮气气氛中氮化1h。将得到的样品于700℃的空气气氛中除碳1h。经测试得到氮化铝晶相为100%、D50为29.57μm的样品。按样品：氧化锆球：无水乙醇=100x:300x:100x的配比称取，加料顺序为10xgKH550与100xmL无水乙醇混合均匀后，加入100xg氮化铝粉体及300xg有大小级配的氧化锆球，球磨转速为500r/min，球磨2h后得到D50为12μm的粉体。改性后的粉体，抽滤，烘干。得到抗水解性能优异、与高分子材料兼容性好的氮化铝粉体。实施例4：按1:3的比例称取γ-氧化铝与炭黑，并与氧化铝质量5%的Y2O3混合均匀后，放入石墨坩埚中，于1700℃在氮气气氛中氮化2h。将得到的样品于550℃的高氧低氮气氛（氧氮体积比为5:5）中除碳3h。经测试得到氮化铝晶相为100%、D50为19.96μm的样品。按样品：玛瑙球：无水乙醇=100x:200x:100x的配比称取，加料顺序为5xgKH590与100xmL无水乙醇混合均匀后，加入100xg氮化铝粉体及200xg有大小级配的氧化锆球，球磨转速为300r/min，球磨2h后得到D50为10μm的粉体。改性后的粉体，抽滤，烘干。得到抗水解性能优异、与高分子材料兼容性好的氮化铝粉体。以上所述实施例仅表达了本专利技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本专利技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本专利技术的保护范围。因此，本专利技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导热填料用氮化铝粉体的制备方法，包括配料、氮化、除碳、表面处理4个主要步骤，制备出的样品为填充量高、抗水解性能优异、与高分子材料兼容性好的氮化铝粉体，其特征在于：步骤一、配料：将γ‑氧化铝与炭黑按一定比例混合，额外加入一定量的添加剂，并混合均匀；步骤二、氮化：将原料放入石墨坩埚中，高温下在氮气气氛中进行氮化；步骤三、除碳：将氮化后的粉体进行除碳处理；步骤四、表面处理及粒度优化：通过球磨偶联剂、无水乙醇与氮化铝样品的方式进行表面改性，以提高粉体的抗水解性能及与高分子材料的兼容性；如有需要，此步可通过调整球料比、磨介球级配及球磨时间与转速，对粉体粒度进行优化。

【技术特征摘要】
1.一种导热填料用氮化铝粉体的制备方法，包括配料、氮化、除碳、表面处理4个主要步骤，制备出的样品为填充量高、抗水解性能优异、与高分子材料兼容性好的氮化铝粉体，其特征在于：步骤一、配料：将γ-氧化铝与炭黑按一定比例混合，额外加入一定量的添加剂，并混合均匀；步骤二、氮化：将原料放入石墨坩埚中，高温下在氮气气氛中进行氮化；步骤三、除碳：将氮化后的粉体进行除碳处理；步骤四、表面处理及粒度优化：通过球磨偶联剂、无水乙醇与氮化铝样品的方式进行表面改性，以提高粉体的抗水解性能及与高分子材料的兼容性；如有需要，此步可通过调整球料比、磨介球级配及球磨时间与转速，对粉体粒度进行优化。2.根据权利要求1所述的一种导热填料用氮化铝粉体的制备方法，其特征是：所述的步骤一中，γ-氧化铝与炭黑的比例为1:1.5~1:4。3.根据权利要求1所述的一种导热填料用氮化铝粉体的制备方法，其特征是：所述的步骤一中，添加剂为CaF2、CaO、Y2O3中的一种或几种；添加量为氧化铝质量的0~10%...

【专利技术属性】
技术研发人员：付亚杰，吴诚，张红冉，
申请(专利权)人：河北正雍新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13