一种氮化铝纳米花/聚合物复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及电子封装热管理材料制备技术领域，尤其涉及一种氮化铝纳米花/聚合物复合材料及其制备方法。所述制备方法包括：A)将铝粉与盐溶液混合，进行超声波空化腐蚀；B)将步骤A)的产物溶液进行抽滤，得到滤饼；C)将滤饼粉碎，与固体氮源混匀后，在含氮气氛下进行氮化反应；D)将氮化反应后的产物进行除碳，得到氮化铝纳米花；E)将氮化铝纳米花、烧结助剂及添加剂在溶剂中均匀混合成悬浊液后，进行定向冷冻成型，再经冷冻干燥后进行烧结，得到多孔氮化铝三维网络骨架；F)在真空条件下，将树脂浸渗进多孔氮化铝三维网络骨架后进行固化，得到氮化铝纳米花/聚合物复合材料。本发明专利技术的氮化铝纳米花/聚合物复合材料具有优良的热导率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种氮化铝纳米花/聚合物复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电子封装热管理材料制备
，尤其涉及一种氮化铝纳米花/聚合物复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]本世纪以来，随着科技的快速发展，电子元器件越来越小，芯片的运算量却大幅增长，这导致单位体积电子元器件的发热量也相应大幅增长。功率快速增加引起的电子元器件过热问题极大的影响了其使用性能、服役寿命和安全性。因而，电子元器件的高效散热是一个亟待解决的问题。高分子材料具有成本低、重量轻、可加工性好、吸水率低、电阻率高、耐腐蚀等优点，因而被广泛应用于热管理材料。然而，大多数聚合物表现出较差的导热性能，这限制了其在许多需要高热传导领域的应用。为此，通常解决办法是向聚合物中加入高导热无机填料，从而提高其导热性。目前，聚合物基复合材料的导热填料主要有氧化物、碳化物、氮化物及石墨烯、碳纳米管等等。氮化铝的热膨胀系数低，电绝缘性优良，室温导热率在陶瓷中仅比氧化铍低，且无毒，因而氮化铝是导热聚合物基复合材料的优选填料，在热管理材料中有着广泛的应用前景。
[0003]常用的制备氮化铝主要有以下几种方法：(1)铝粉直接氮化法，该法是在氮气气氛中，铝粉直接与氮气化合生成氮化铝粉末，反应温度一般在800～1200℃范围。(2)碳热还原法，该法是在氮气气氛中，氧化铝粉末和碳粉的混合粉末发生碳热氮化反应生成氮化铝粉末，反应温度一般不低于1600℃。(3)自蔓延高温合成法，该法是将铝粉在高压氮气中被外界热源点燃后，利用高化学反应热自维持反应进行，直到铝粉完全转化成为氮化铝粉末。(4)化学气相沉积法，该方法是基于铝的挥发性化合物与氨或氮气的化学反应，从气相中沉积氮化铝粉末。
[0004]目前，制备纳米氮化铝大多采用碳热还原法，但该方法也存在一些不足，如纳米氧化铝原料成本较高、原料难以充分混合均匀、完成反应温度较高、反应时间较长，这些因素导致合成纳米氮化铝的成本较高。而且，目前纳米氮化铝研究领域一般限于零维氮化铝粉末、一维氮化铝纳米线等，而对一维以上氮化铝纳米结构研究较少。史忠期等人在专利CN 101798071中公布了一种制备花状结构氮化铝的燃烧合成法，但是该方法需要使用高压氮气，并且需要使用较大电流，增加了实验的危险性，而且获得的是亚微米而不是纳米花状氮化铝粉末。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种氮化铝纳米花/聚合物复合材料及其制备方法，本专利技术制备的氮化铝纳米花/聚合物复合材料具有优良的热导率。
[0006]本专利技术提供了一种氮化铝纳米花/聚合物复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]A)将铝粉与盐溶液均匀混合，对混合料液进行超声波空化腐蚀；
[0008]B)将步骤A)得到的溶液进行抽滤，得到滤饼；
[0009]C)将所述滤饼粉碎，并与固体氮源混匀后，在含氮气氛下进行氮化反应；
[0010]D)将所述氮化反应后的产物进行除碳，得到氮化铝纳米花；
[0011]E)将所述氮化铝纳米花、烧结助剂及添加剂在溶剂中均匀混合成悬浊液后，进行定向冷冻成型，再经冷冻干燥后进行烧结，得到多孔氮化铝三维网络骨架，得到多孔氮化铝三维网络骨架；
[0012]F)在真空条件下，将树脂浸渗进所述多孔氮化铝三维网络骨架后，再进行固化，得到氮化铝纳米花/聚合物复合材料。
[0013]优选的，步骤A)中，所述盐溶液包括氯化钠溶液、氯化钾溶液、氯化钙溶液、硝酸钠溶液、硝酸钾溶液、硫酸钠溶液和硫酸钾溶液中的至少一种；
[0014]所述盐溶液的质量浓度为2.5％～5％。
[0015]优选的，步骤A)中，铝粉与盐溶液的质量比为1～10︰100；
[0016]所述混合料液的pH值为4～10；
[0017]所述混合料液的pH值通过化学试剂进行调节；
[0018]所述化学试剂包括盐酸、醋酸、柠檬酸、硝酸、硫酸、氨水、氯化铵、氢氧化钠和氢氧化钾中的至少一种；
[0019]所述超声波空化腐蚀的超声功率为180～500W，时间为1～6h。
[0020]优选的，步骤C)中，所述固体氮源包括尿素、氰胺、双氰胺、三聚氰胺和氯化铵中的至少一种；
[0021]所述滤饼与固体氮源的质量比为1︰1～6；
[0022]所述混匀的液体介质为乙醇；
[0023]所述固体氮源和乙醇的质量比为1～3︰5。
[0024]优选的，步骤C)中，形成所述含氮气氛的气体包括氮气和氨气中的至少一种；
[0025]形成所述含氮气氛的气体流量为90～100sccm；
[0026]所述氮化反应的温度为800～1000℃，时间为30～180min；
[0027]所述氮化反应在常压下进行。
[0028]优选的，步骤D)中，所述除碳的温度为600～700℃，时间为60～120min；
[0029]优选的，步骤E)中，所述烧结助剂为CaF2、Y2O3、CaO、La2O3和YF3中的至少一种；
[0030]所述纳米氮化铝悬浊液中，烧结助剂的体积分数为0.5％～5％。
[0031]优选的，步骤E)中，所述悬浊液的制备原料中的添加剂包括分散剂和粘合剂；
[0032]所述分散剂为柠檬酸、酒石酸钠和柠檬酸钾中的至少一种，所述粘合剂选自羧甲基纤维素钠和聚乙烯醇中的至少一种。
[0033]优选的，所述溶剂包括去离子水、叔丁醇和莰烯中的至少一种；
[0034]所述悬浊液中，纳米氮化铝的体积分数为10％～40％；
[0035]优选的，步骤E)中，所述定向冷冻成型的温度为
‑
80～
‑
120℃；
[0036]所述烧结的温度为800～1300℃，烧结的时间为5～120min。
[0037]优选的，步骤F)中，所述树脂包括酚醛树脂和环氧树脂中的至少一种；
[0038]所述多孔氮化铝三维网络骨架与树脂的体积比为5～50︰100；
[0039]所述真空浸渗的时间为1～2h；所述真空度要求小于10
‑1Pa。
[0040]优选的，步骤F)中，所述固化包括：
[0041]先在70～90℃下固化1～2h，再在110～130℃下固化1～2h。
[0042]本专利技术还提供了一种上文所述的制备方法制备的氮化铝纳米花/聚合物复合材料。
[0043]本专利技术提供了一种氮化铝纳米花/聚合物复合材料的制备方法，包括以下步骤：A)将铝粉与盐溶液混合，对得到的混合料液进行超声波空化腐蚀；B)将步骤A)得到的产物溶液进行抽滤，得到滤饼；C)将所述滤饼粉碎，与固体氮源混匀后，在含氮气氛下进行氮化反应；D)将所述氮化反应后的产物进行除碳，得到氮化铝纳米花；E)将所述氮化铝纳米花、烧结助剂及添加剂在溶剂中均匀混合成悬浊液后，进行定向冷冻成型，再经冷冻干燥后进行烧结，得到多孔氮化铝三维网络骨架；F)在真空条件下，将树脂浸渗进所述多孔氮化铝三维网络骨架后，再进行固化，得到氮化铝纳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化铝纳米花/聚合物复合材料的制备方法，包括以下步骤：A)将铝粉与盐溶液均匀混合，对混合料液进行超声波空化腐蚀；B)将步骤A)得到的溶液进行抽滤，得到滤饼；C)将所述滤饼粉碎，并与固体氮源混匀后，在含氮气氛下进行氮化反应；D)将所述氮化反应后的产物进行除碳，得到氮化铝纳米花；E)将所述氮化铝纳米花、烧结助剂及添加剂在溶剂中均匀混合成悬浊液后，进行定向冷冻成型，再经冷冻干燥后进行烧结，得到多孔氮化铝三维网络骨架；F)在真空条件下，将树脂浸渗进所述多孔氮化铝三维网络骨架后，再进行固化，得到氮化铝纳米花/聚合物复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A)中，所述盐溶液包括氯化钠溶液、氯化钾溶液、氯化钙溶液、硝酸钠溶液、硝酸钾溶液、硫酸钠溶液和硫酸钾溶液中的至少一种；所述盐溶液的质量浓度为2.5％～5％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A)中，铝粉与盐溶液的质量比为1～10︰100；所述混合料液的pH值为4～10；所述混合料液的pH值通过化学试剂进行调节；所述化学试剂包括盐酸、醋酸、柠檬酸、硝酸、硫酸、氨水、氯化铵、氢氧化钠和氢氧化钾中的至少一种；所述超声波空化腐蚀的超声功率为180～500W，时间为1～6h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤C)中，所述固体氮源包括尿素、氰胺、双氰胺、三聚氰胺和氯化铵中的至少一种；所述滤饼与固体氮源的质量比为1︰1～6；所述混匀的液体介质为乙醇；所述固体氮源和乙醇的质量比为1～3︰5。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤C)中，形成所述含氮气氛的气体包括氮气和氨气中的至少一种；形成所述含氮气氛的气体流量为90～100sccm；所述氮化反应的...

【专利技术属性】
技术研发人员：向道平，刘藜，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：