一种磁性取向核壳粒子BN@Fe3O4粉体填充环氧树脂复合材料制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磁性取向核壳粒子BN@Fe3O4粉体填充环氧树脂复合材料制备方法，属于电子封装导热型绝缘防腐防辐密封材料领域。本发明专利技术解决了高填充型环氧树脂机械性能低、粒子在材料有序性差难以构建导热通路、灌封胶在密封时易出现气泡的问题。本发明专利技术将微米级氮化硼、水、无水乙醇、聚乙烯吡咯烷酮混合超声搅拌。加入硅烷偶联剂，机械搅拌，离心洗涤，干燥。干燥后的粉体分散在水中，加入氯化铁、硫酸亚铁，充分搅拌。注射加入氢氧化钠，调节pH大于11，待搅拌充分反应后，静置，离心洗涤，干燥，得到BN@Fe3O4磁性粉体；最后将粉体填充到环氧树脂中。本发明专利技术主要灌封到电子芯片中用于制作导热型绝缘防腐防辐密封材料。热型绝缘防腐防辐密封材料。热型绝缘防腐防辐密封材料。

【技术实现步骤摘要】
一种磁性取向核壳粒子BN@Fe3O4粉体填充环氧树脂复合材料制备方法


[0001]本专利技术属于耐高温导热型绝缘防腐防辐密封材料领域，具体地说，涉及一种磁性取向核壳粒子BN@Fe3O4粉体及其制备方法，及一种磁性取向核壳粒子BN@Fe3O4粉体填充环氧树脂复合材料制备方法。

技术介绍

[0002]电子封装涉及集成电路芯片保护、航空航天精密器件封装、大型发电机灌封等重要领域。在5G时代快速发展的今天，半导体行业发展迅猛，5nm芯片很快将成为历史，轻薄化、集成化、高频化成为本行业的中流砥柱。这其中最棘手的问题是随着功率增大、电路集成化密集程度增加，使原有散热材料的耐热等级、散热程度都无法适应并满足当前工作环境，第三代半导体芯片实际上可以达到300℃以上，但目前市面上封装材料的设计初衷所满足的正常工作温度均在200℃以下。除了需要在高温条件下工作外，封装材料还需要解决热膨胀系数相匹配、高导热、低成本等要求。
[0003]环氧树脂因具有优异的电绝缘性能、良好的热稳定性、易于加工、成本低等优点被广泛应用于电子封装、电子线路板、发光二极管、气体绝缘管道等领域。同时，固化后可以起到防水、防潮、防尘、绝缘、导热、保密、防腐蚀、耐温、防震的作用。粉体填充型环氧树脂复合材料可以通过增加粉体填充量来增强复合材料导热性。向聚合物之中加入绝缘导热材料能够显著提高复合材料的介电常数，使导电材料会彼此连通，形成导热通路，降低了复合材料的介电损耗。
[0004]首先环氧树脂具有优良的绝缘性和良好的热稳定性，但由于其热导率低，本身无法作为单独导热材料使用；其次填充型导热材料的粉体填充量很难超过粉体填充阈值，在实际生产应用中，尤其是填充型环氧树脂在未固化尚处在胶液阶段时，粉体填充量越大，复合胶液粘度越大，越难以在复合胶液中分散，并且也会促使在复合材料浇筑阶段中引入大量气泡；最后随着填充量增加虽然材料导热性可能会得到小幅改善，但是复合材料的机械性能却会降低，进而无法满足严苛的工作环境及需求。

技术实现思路

[0005]针对以上缺点，在复合材料中引入一种核壳结构粉体
‑
在绝缘导热粉体表面包裹一层可受外界场强控制的粒子，最后混合到聚合物中。这种磁性粉体填充型导热材料在外界场强的作用下，一方面可以增强复合材料导热系数，提高介电系数，降低介电损耗，这解决了纯环氧树脂无法作为导热材料的缺点；另一方面由于受到外界场强作用，粉体填充量降低，对复合材料机械性能的影响随之降低，进而解决了填充型复合材料机械性能低的问题。
[0006]随着导热粉体填充量的增加环氧树脂复合材料的导热性能随之增加，然而高填充量会使复合材料机械性能会大打折扣，甚至制备出的复合材料效果与实际预期大相径庭。
对此在减少粉体填充量，增加复合材料中粉体排列的有序性至关重要。
[0007]Fe3O4包覆BN的实现方法:粉体包覆的难点在于Fe3O4和BN之间添加比例的问题。即当BN表面的Fe3O4包覆的致密时，BN片层间无法起到类似多米诺骨牌的叠加效应，相反还会阻碍两个氮化硼纳米片；然而当BN表面的Fe3O4包覆含量较稀疏时，氮化硼在磁场中无法转向。因此探究一个合适的配比是关键。
[0008]为了解决上述技术问题采取的技术措施：
[0009]本专利技术采用的六方氮化硼片层结构具有各向异性，使氮化硼能沿磁场方向在复合材料中垂直排布。解决了粉体在复合材料中无序排列抑制导热材料性能的瓶颈，随着粉体填充量的降低进而增强了复合材料的机械性能。不添加粉体的纯环氧树脂的导热率为0.17W/mK，测得未磁化的导热环氧树脂复合材料垂直方向面外导热率为0.65W/mK，磁化后的复合材料垂直方向面外导热率是1.16W/mK，与前者相比增加了178％。
[0010]本专利技术通过在垂直方向上，上下平行的摆放一组电磁铁，调节电磁铁电压进而调节磁铁间磁场的大小，与正常的铷磁铁相比调节大小更线性，起到无级调压进而无级调节磁场大小的效果。
[0011]本专利技术中磁性取向核壳粒子BN@Fe3O4粉体的制备方法，具体是按下述步骤进行的：
[0012]步骤一、将微米级氮化硼、水、无水乙醇、聚乙烯吡咯烷酮混合超声搅拌4h
‑
6h；
[0013]步骤二、加入硅烷偶联剂，机械搅拌2h
‑
3h，离心洗涤，干燥；
[0014]步骤三、将干燥后的粉体分散在水中，加入氯化铁溶液，搅拌均匀；
[0015]步骤四、再加入硫酸亚铁溶液，充分搅拌；
[0016]步骤五、然后注射方式滴加氢氧化钠，调节pH值大于11，待搅拌充分反应后，静置，离心洗涤，干燥，得到BN@Fe3O4磁性粉体；
[0017]其中，所述硅烷偶联剂为γ
‑
缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷。
[0018]进一步地限定，BN粒径为5μm
‑
10μm。
[0019]进一步地限定，步骤一中氮化硼的加入量为2g
‑
5g，水的加入量为400mL
‑
500mL，无水乙醇的加入量为130mL
‑
150mL，聚乙烯吡咯烷酮的加入量为0.5g
‑
1g；步骤二中硅烷偶联剂的加入量为150μL
‑
160μL；步骤三中分散在30mL水中，所述氯化铁溶液是将0.1g
‑
0.3g六水合氯化铁溶于8mL
‑
10mL水中；步骤四中所述硫酸亚铁溶液是将0.05g
‑
0.15g硫酸亚铁溶于5mL
‑
8mL水中。
[0020]进一步地限定，步骤二中以5000r/min
‑
7000r/min速率离心洗涤；在80℃
‑
90℃下干燥。
[0021]进一步地限定，步骤五中氢氧化钠溶液滴加速度为200mL/h
‑
300mL/h；以3000r/min
‑
5000r/min速率离心洗涤；在80℃
‑
100℃下干燥。
[0022]一种上述方法制备的磁性取向核壳粒子BN@Fe3O4粉体，具有磁性取向。
[0023]一种环氧树脂复合材料，包括上述方法制备的磁性取向核壳粒子BN@Fe3O4粉体；所述制备方法是通过下述步骤实现的：
[0024]步骤1、在50℃
‑
65℃下，将E
‑
44、E
‑
51和活性稀释剂机械搅拌30min
‑
1h，记为溶液A；
[0025]步骤2、室温下，将甲基六氢苯酐和甲基纳迪克酸酐机械搅拌30min
‑
1h，记为溶液
B；步骤3、在50℃
‑
65℃下，将溶液B滴加到溶液A中，加入消泡剂，搅拌30min
‑
1h，然后加入磁性取向核壳粒子BN@Fe3O4粉体，再加入促进剂，搅拌1h<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.磁性取向核壳粒子BN@Fe3O4粉体的制备方法，其特征在于，所述制备方法是按下述步骤进行的：步骤一、将微米级氮化硼、水、无水乙醇、聚乙烯吡咯烷酮混合超声搅拌4h
‑
6h；步骤二、加入硅烷偶联剂，机械搅拌2h
‑
3h，离心洗涤，干燥；步骤三、将干燥后的粉体分散在水中，加入氯化铁溶液，搅拌均匀；步骤四、再加入硫酸亚铁溶液，充分搅拌；步骤五、然后注射方式滴加加入氢氧化钠，调节pH值大于11，待搅拌充分反应后，静置，离心洗涤，干燥，得到BN@Fe3O4磁性粉体；其中，所述硅烷偶联剂为γ
‑
缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷。2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤一中氮化硼的加入量为2g
‑
5g，水的加入量为400mL
‑
500mL，无水乙醇的加入量为130mL
‑
150mL，聚乙烯吡咯烷酮的加入量为0.5g
‑
1g；步骤二中硅烷偶联剂的加入量为150μL
‑
160μL；步骤三中分散在30mL水中，所述氯化铁溶液是将0.1g
‑
0.3g六水合氯化铁溶于8mL
‑
10mL水中；步骤四中所述硫酸亚铁溶液是将0.05g
‑
0.15g硫酸亚铁溶于5mL
‑
8mL水中。3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在步骤二中以5000r/min
‑
7000r/min速率离心洗涤；在80℃
‑
90℃下干燥。4.根据权利要求1所述的磁性取向核壳粒子BN@Fe3O4粉体的制备方法，其特征在于步骤五中氢氧化钠溶液滴加速度为200mL/h
‑
300mL/h；以3000r/min
‑
5000r/min速率离心洗涤；在80℃
‑
100℃下干燥。5.一种权利要求1
‑
4任意一项方法制备的磁性取向核壳粒子BN@Fe3O4粉体，具有磁性取向。6.一种环氧树脂复合材料，包括权利要求1
‑
4任意一项方法制备的磁性取向核壳粒子BN@Fe3O4粉体。7.如权利要求6所述复合材料的制备方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁凌，尤泽宇，孙晓航，关丽珠，李宇寒，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：