用于界面导热材料的氮化硼复合结构填料的制备方法
技术领域
本发明属于界面导热材料的制备技术，具体涉及一种用于低介电常数的界面导热材料的氮化硼复合结构填料的制备方法。
背景技术
界面导热材料目前在电子、电气、航空、航天、通信、照明等众多制造业及高科技领域中有着极其广泛的应用。在通讯方面，随着5G的快速发展，高频率通讯产生的信号延迟效应更加明显。因此，对热界面材料的要求不再仅仅是高的导热率，还有更加低的介电常数(<4)。
通常，界面导热材料由硅油、导热填料和一些其他添加剂组成。其中，硅油的介电常数在2～3，而导热填料的介电常数通常在10以上，而现有的界面导热材料市售产品的介电常数一般在6以上。因此，在降低界面导热材料的介电常数上主要有两个方向，其一是挑选介电常数较低的导热填料，其二是降低导热填料在界面导热材料中的填充份数。氮化硼具有4的介电常数，是一种较好的低介电导热填料。但是氮化硼的片状结构使其并不具备较好的填充度(<50％)，且片与片之间的界面热阻非常之高，因而以纯氮化硼制备的导热界面材料最高只有2W/mk的导热系数。而一旦掺杂其他导热粉体，为了达到较高的导热系数，粉体总质量一般占这个界面导热材料90％以上，这样会导致介电常数急剧上升。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种用于界面导热材料的氮化硼复合结构填料的制备方法。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种用于界面导热材料的氮化硼复合结构填料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取适量的氮化硼粉体，浸没在无水乙醇中；然后加入氢氧化钠溶液，在搅拌条件下回流冷凝处理；对混合物进行抽滤，得到氮化硼粉末；用乙醇和去离子水的混合液清洗数次后，烘干待用；
(2)将金属无机盐溶于去离子水，称取烘干的氮化硼粉末加入其中，常温下搅拌；
所述金属无机盐为含铝、铁、铜、镍的金属无机盐中的一种或几种，金属无机盐与氮化硼的质量比例为1:1～1:10；
(3)对步骤(2)中的混合物过滤但不清洗，将过滤所得潮湿粉体放入管式炉中，在氧气气氛下升温至800～1200℃，烧结3～24h后取出，得到的粉体即氮化硼复合结构填料。
本发明中，所述氮化硼为六方片状氮化硼，粒径为1～50um。
本发明中，氢氧化钠溶液的摩尔浓度为1mol/L，氢氧化钠溶液与氮化硼粉体的质量比为5:1～20:1。
本发明中，回流冷凝处理时，加热温度为60～100℃，处理时间为0.5～4h。
本发明中，所述金属无机盐是硫酸铝、硝酸铝、氯化铝、铝酸钠、硫酸铝铵、硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁、氯化亚铁、硝酸铁、硫酸亚铁铵、硫酸铜、氯化铜、硝酸铜、硫酸镍、氯化镍、硝酸镍中的至少一种。
本发明中，在烧结温度<600℃时，控制升温速率为30～50℃/min；在烧结温度>600℃时，控制升温速率为1～5℃/min。
本发明进一步提供了前述方法制备得到的氮化硼复合结构填料的用途，是将氮化硼复合结构填料用于界面导热材料的制备；具体包括以下步骤：
(1)将氮化硼复合结构填料与硅油混合、搅拌，获得预混料，氮化硼复合结构填料在预混料中的质量占比为20～50％；
(2)按常规方法将预混料与辅材进行混合，制成界面导热材料；
所述辅材包括固化剂、分散剂、成膜剂、抑制剂或流平剂中的至少一种；所述界面导热材料的最终产品形式是导热垫片、单组分导热凝胶、导热硅脂、双组分导热凝胶或液体垫片中的任意一种。
发明原理描述：
本发明在氮化硼片与氮化硼片之间生长出棒状的金属氧化物颗粒(如图1)，有效的增加了片与片之间的高效导热通路数量，极大的降低了整个体系的界面热阻。本发明制备的导热材料，导热系数可以达到4W/mk以上，介电常数仍小于4。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明利用氢氧化钠溶液对氮化硼粉体进行亲水性处理，使得氮化硼与金属无机盐能很好的结合在一起，为后面的粉体烧结起了较好的铺垫作用。
2、本发明通过控制温度和升温速率，完美地在氮化硼片间生长出棒状的金属氧化物颗粒，提升了氮化硼片与片之间的高效导热通路数量，降低了整个体系填料的界面热阻，提升了导热系数。
3、利用本发明制备的氮化硼复合结构填料进一步制备得到的导热材料，其粉体的占比仅为20～50％，能在保证导热系数的前提下较好的利用了硅油的低介电常数，使得最终的导热材料的介电常数小于4。
4、本发明所涉及到的原料易获得、制备工艺简单、成本低，可以应用于大规模工业化生产。
附图说明
图1为氮化硼复合结构填料的电镜照片。
图2为图1中氮化硼复合结构填料的局部放大图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述。
本发明提供的用于界面导热材料的氮化硼复合结构填料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取适量的氮化硼粉体，浸没在无水乙醇中；然后加入氢氧化钠溶液，在搅拌条件下回流冷凝处理；对混合物进行抽滤，得到氮化硼粉末；用乙醇和去离子水的混合液清洗数次后，烘干待用；
所述氮化硼为六方片状氮化硼，粒径为1～50um。氢氧化钠溶液的摩尔浓度为1mol/L，氢氧化钠溶液与氮化硼粉体的质量比为5:1～20:1。回流冷凝处理时，加热温度为60～100℃，处理时间为0.5～4h。
(2)将金属无机盐溶于去离子水，称取烘干的氮化硼粉末加入其中，常温下搅拌；
所述金属无机盐为含铝、铁、铜、镍的金属无机盐中的一种或几种，金属无机盐与氮化硼的质量比例为1:1～1:10；金属无机盐可选硫酸铝、硝酸铝、氯化铝、铝酸钠、硫酸铝铵、硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁、氯化亚铁、硝酸铁、硫酸亚铁铵、硫酸铜、氯化铜、硝酸铜、硫酸镍、氯化镍、硝酸镍中的至少一种。
(3)对步骤(2)中的混合物过滤但不清洗，将过滤所得潮湿粉体放入管式炉中，在氧气气氛下升温至800～1200℃，烧结3～24h后取出，得到的粉体即氮化硼复合结构填料。
在烧结温度<600℃时，控制升温速率为30～50℃/min；在烧结温度>600℃时，控制升温速率为1～5℃/min。
本发明所得氮化硼复合结构填料可以进一步用于制备界面导热材料：是将氮化硼复合结构填料用于界面导热材料的制备；具体包括以下步骤：
(1)将氮化硼复合结构填料与硅油混合、搅拌，获得预混料，氮化硼复合结构填料在预混料中的质量占比为20～50％；
(2)按常规方法将预混料与辅材进行混合，制成界面导热材料；
所述辅材包括固化剂、分散剂、成膜剂、抑制剂或流平剂中的至少一种；所述界面导热材料的最终产品形式是导热垫片、单组分导热凝胶、导热硅脂、双组分导热凝胶或液体垫片中的任意一种。
因为导热垫片或导热凝胶的制备技术属于现有技术且不是本发明核心内容，故不再赘述。
下面的8个实施例可以使本专业的专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。各实施例中，针对界面导热材料的最终产品进行介电常数测试。
各实施例中的试验数据见下表1。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例子。显然，本发明不限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
