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揭秘高效散熱材料:球形氮化鋁與六方片狀氮化硼,誰才是導(dǎo)熱王者?

文章出處:行業(yè)動態(tài) 責(zé)任編輯:東莞東超新材料科技有限公司 發(fā)表時間:2025-01-03
  ?     在當(dāng)今電子設(shè)備日益小型化、高性能化的趨勢下,熱管理已成為電子行業(yè)面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。為了有效地將熱量從熱源傳導(dǎo)至散熱裝置,熱界面材料(TIMs)的作用至關(guān)重要。在眾多的熱界面材料中,導(dǎo)熱填料的選擇對材料的熱傳導(dǎo)性能有著決定性的影響。六方片狀氮化硼(h-BN)和球形氮化鋁(AlN)作為兩種高性能的導(dǎo)熱填料,它們在熱界面材料中的應(yīng)用各自展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢和特點,為電子產(chǎn)品的熱管理提供了有效的解決方案。以下是六方片狀氮化硼和球形氮化鋁在導(dǎo)熱填料熱界面材料應(yīng)用中的比較分析。

晶體結(jié)構(gòu):

球形氮化鋁(AlN):氮化鋁具有立方晶系結(jié)構(gòu),其晶格結(jié)構(gòu)緊密,有利于聲子的傳遞,從而具有很高的熱導(dǎo)率。

?球形氮化鋁

六方片狀氮化硼(h-BN):氮化硼具有六方晶系結(jié)構(gòu),其層狀結(jié)構(gòu)使得熱傳導(dǎo)主要沿著層面進行,層間的范德華力較弱,可能導(dǎo)致層間熱傳導(dǎo)效率較低。

?六方片狀氮化硼

熱導(dǎo)率:
球形氮化鋁:氮化鋁的熱導(dǎo)率通常在280-320 W/m·K范圍內(nèi),是一種非常優(yōu)秀的導(dǎo)熱材料。
六方片狀氮化硼:氮化硼的熱導(dǎo)率在理論上是較高的,單晶體氮化硼的熱導(dǎo)率可以達到1000 W/m·K以上,但實際應(yīng)用中的多晶或粉末狀氮化硼的熱導(dǎo)率通常會低于這個值,大約在300-600 W/m·K之間。
 
六方片狀氮化硼(h-BN)的優(yōu)缺點:
優(yōu)點:
高平面熱導(dǎo)率:六方片狀氮化硼具有非常高的平面內(nèi)熱導(dǎo)率,可達1000-1500 W/m·K,有利于在熱界面材料中形成有效的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)。
電絕緣性:氮化硼是良好的電絕緣材料,適合用于電子產(chǎn)品的熱管理。
化學(xué)穩(wěn)定性:在高溫和腐蝕性環(huán)境中保持穩(wěn)定,不易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。
層狀結(jié)構(gòu):片狀結(jié)構(gòu)有助于在熱界面材料中形成層狀導(dǎo)熱路徑,提高整體熱導(dǎo)率。
缺點:
各向異性:六方片狀氮化硼的熱導(dǎo)率具有顯著的各向異性,垂直于平面方向的熱導(dǎo)率遠低于平面內(nèi)熱導(dǎo)率。
分散性:由于其片狀結(jié)構(gòu),六方氮化硼在基體材料中的分散可能較為困難,需要特殊的處理技術(shù)。
成本:高品質(zhì)的六方片狀氮化硼生產(chǎn)成本較高。
機械性能:氮化硼的機械強度相對較低,可能會影響熱界面材料的整體機械性能。
球形氮化鋁(AlN)的優(yōu)缺點:
優(yōu)點:
較好的熱導(dǎo)率:球形氮化鋁的熱導(dǎo)率在200-320 W/m·K之間,是一種有效的熱傳導(dǎo)材料。
電絕緣性:氮化鋁同樣具有良好的電絕緣性,適合用于電子產(chǎn)品的熱管理。
球形粒子:球形粒子在基體材料中易于分散,有助于形成均勻的熱界面材料。
機械強度:球形氮化鋁具有較高的機械強度,可以提高熱界面材料的耐用性。
缺點:
熱導(dǎo)率各向同性:與六方片狀氮化硼相比,球形氮化鋁的熱導(dǎo)率在各個方向上較為均勻,可能不如片狀氮化硼在特定方向上的熱導(dǎo)率高。
熱膨脹系數(shù)不匹配:球形氮化鋁的熱膨脹系數(shù)與一些基體材料可能不匹配,可能導(dǎo)致熱界面材料在使用過程中產(chǎn)生應(yīng)力。
成本:雖然成本相對較低,但高質(zhì)量球形氮化鋁的成本仍然較高。
環(huán)境敏感性:在高溫和高濕環(huán)境下,氮化鋁可能會發(fā)生水解,影響其穩(wěn)定性和使用壽命。

填料形狀對熱傳導(dǎo)的影響:
球形氮化鋁:球形顆粒在聚合物基體中更容易形成緊密堆積,減少了填料之間的空隙,從而降低了熱阻,提高了整體熱導(dǎo)率。
六方片狀氮化硼:片狀結(jié)構(gòu)在形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)時可能會出現(xiàn)層間滑動,導(dǎo)致熱阻增加,但片狀填料在形成有效的導(dǎo)熱路徑方面也有其優(yōu)勢。
界面熱阻:
球形氮化鋁:球形顆粒與基體之間的界面熱阻相對較低,因為球形顆粒的表面積與體積比較小,接觸面積較大。
六方片狀氮化硼:片狀填料與基體之間的界面熱阻可能較高,因為片狀結(jié)構(gòu)的表面積與體積比較大,且層間界面可能成為熱傳導(dǎo)的瓶頸。
加工與應(yīng)用:
球形氮化鋁:由于其良好的流動性,球形氮化鋁更容易在聚合物中均勻分散,有利于提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性和機械性能。
六方片狀氮化硼:片狀結(jié)構(gòu)在提高材料剛性和強度方面可能更有優(yōu)勢,但在導(dǎo)熱性能方面可能不如球形氮化鋁。

     氮化硼和氮化鋁作為導(dǎo)熱填料在熱界面材料中的應(yīng)用各有優(yōu)勢。氮化硼在特定方向上的高熱導(dǎo)率和電絕緣性是其主要優(yōu)勢,但其成本和加工性是限制因素。氮化鋁則在熱導(dǎo)率、機械強度和加工性方面表現(xiàn)良好,但其熱導(dǎo)率的各向同性可能不如氮化硼在某些應(yīng)用中的性能。因此,在選擇導(dǎo)熱填料時,需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求、成本預(yù)算和技術(shù)要求來做出決策。

       東超新材在氧化鋁、硅微粉、氫氧化鋁、氮化鋁、氮化硼等粉體的研究上擁有超過10年的豐富經(jīng)驗。公司根據(jù)客戶的具體需求,提供定制化的產(chǎn)品研發(fā)和推薦,同時提供專業(yè)的售前售后支持及分析測試服務(wù),致力于為客戶提供最優(yōu)質(zhì)的功能性粉體解決方案。?

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