一種CPU用高效導熱材料及其製備方法與流程
2023-12-12 20:55:17
本發明涉及計算機散熱
技術領域：
，具體涉及一種cpu用高效導熱材料及其製備方法。
背景技術：
：隨著集成電路的高功率化、高集成度，電子元器件的組裝密度持續增加和設備的幾何尺寸不斷縮減，其耗能輸出急劇增大。因此，為了確保敏感器件的運行的可靠性和較長使用壽命，使得發熱電子元器件所產生的熱量能夠及時排出的導熱絕緣材料的研究越來越重要。目前用於計算機的cpu散熱和導熱的實現是通過以下途徑，散熱片與cpu之間傳熱主要通過散熱片與cpu之間的直接接觸實現。為了解決電子元件導熱散熱問題，工業界在電子元件表面安裝散熱器來進行散熱，散熱器與cpu之間採用矽脂進行填充，使散熱片與cpu之間的貼合更加緊密。但實際使用過程中，cpu—矽脂—散熱片這三層在貼合後的接觸面不能達到理想的平整面，界面縫隙中仍然存有空氣，增加界面熱阻，嚴重阻礙了熱量的傳導，而且矽脂在塗抹過程中，並不能很好的控制矽脂的塗抹厚度，影響整體的散熱效果，導致導熱和散熱的效率不理想。同時導熱劑是一種普遍應用在熱源和散熱器接口處的熱界面材料。綜合性能優異的導熱劑不僅需要具有高的導熱係數，還必須具備較低的熱阻抗，但是目前業界使用過多的導熱填料，導致導熱劑粘度增大，塗覆性、攤鋪等性能降低，使用時的接觸熱阻抗增大。另一方面隨著市場上對處理器的性能要求越來越高，相應矽晶片級功率消耗也愈來愈大，散熱問題亟需解決，據統計，由於過熱引起的處理器失效佔處理器失效總數的60％；導熱材料發揮最佳導熱效果的理想狀態是和熱源之間緊密接觸，但由於加工精度的限制，實際上兩者的接觸面之間存在很多空隙，導熱矽脂具有良好的流動性性能，因而作為一種新型導熱熱界面材料廣泛應用於填充處理器與散熱器之間的空隙；導熱矽脂經過多次冷熱循環後會變幹、流失，出現老化現象，同時傳統的導熱矽膠導熱系統較低，相變儲能較差。技術實現要素：針對現有技術的缺陷，本發明的目的是提供一種cpu用高效導熱材料，該導熱材料本發明的導熱係數高，導熱散熱效果好，合理使用填料用量，熱阻抗較低，耐候性較好，具有良好的塗覆性和攤鋪性能，同時本發明提供的製備方法材料成本較低、原料易得、工藝簡明，具有較高的使用價值和良好的應用前景。本發明解決技術問題採用如下技術方案：本發明提供了一種cpu用高效導熱材料，包括以下重量份的原料：聚丙烯改性矽脂25-35份、季戊四醇14-18份、醋酸乙酯5-10份、矽油12-16份、金屬粉添加劑15-25份、氧化鋅12-16份、氮化硼10-14份、碳化矽12-14份、碳納米管4-6份、石墨烯2-8份、偶聯劑3-5份、聚乙烯蠟1-5份、聚丙烯醯胺2-4份、氮化鋁5-8份。優選地，所述cpu用高效導熱材料包括以下重量份的原料：聚丙烯改性矽脂30份、季戊四醇16份、醋酸乙酯8份、矽油14份、金屬粉添加劑20份、氧化鋅14份、氮化硼12份、碳化矽13份、碳納米管5份、石墨烯5份、偶聯劑4份、聚乙烯蠟3份、聚丙烯醯胺3份、氮化鋁6份。優選地，所述金屬粉添加劑為銀粉、鋁粉、銅粉按照重量比0.5:2:1的比例組成的混合物。優選地，所述偶聯劑為矽烷偶聯劑和鈦酸酯偶聯劑中的一種。優選地，所述碳納米管為直徑15-25nm、長度10-30μm的高導熱性多壁碳納米管。優選地，所述石墨烯為鉑摻雜石墨烯，直徑為5-10nm。本發明還提供了一種製備cpu用高效導熱材料的方法，包括以下步驟：步驟一，將金屬添加劑、氮化鋁、氧化鋅、氮化硼和碳化矽顆粒熔融成液態，隨後放入到化學氣相沉積爐內在1300-1400℃保溫2-3h，冷卻後加入高速粉碎機中粉碎，再加入研磨機中研磨，過800-1200目篩得到混合粉末a；步驟二，將聚丙烯改性矽脂、季戊四醇、醋酸乙酯加入攪拌機中在攪拌轉速為150-200r/min下攪拌15-25分鐘，再加入聚乙烯蠟、聚丙烯醯胺在200-250r/min下繼續攪拌10-20分鐘得到混合物b；步驟三，將步驟一製得的混合物a、步驟二製得的混合物b、偶聯劑、矽油、碳納米管、石墨烯加入高速攪拌機，在溫度為55-65℃、攪拌轉速為300-400r/min下，攪拌1-2小時，自然冷卻後得到發明的cpu用高效導熱材料。優選地，所述的cpu用高效導熱材料的製備方法，其製備步驟為：步驟一，將金屬添加劑、氮化鋁、氧化鋅、氮化硼和碳化矽顆粒熔融成液態，隨後放入到化學氣相沉積爐內在1350℃保溫2.5h，冷卻後加入高速粉碎機中粉碎，再加入研磨機中研磨，過1000目篩，得到混合粉末a；步驟二，將聚丙烯改性矽脂、季戊四醇、醋酸乙酯加入攪拌機中在攪拌轉速為180r/min下攪拌20分鐘，再加入聚乙烯蠟、聚丙烯醯胺在220r/min下繼續攪拌15分鐘得到混合物b；步驟三，將步驟一製得的混合物a、步驟二製得的混合物b、偶聯劑、矽油、碳納米管、石墨烯加入高速攪拌機，在溫度為60℃、攪拌轉速為350r/min下，攪拌1.5小時，自然冷卻後得到發明的cpu用高效導熱材料。與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：（1）本發明的一種cpu用高效導熱材料添加了氧化鋅、氮化鋁、氮化硼、碳化矽，作為導熱材料的填充物能夠有效增加材料的耐磨、耐熱和耐電壓性能。（2）本發明的一種cpu用高效導熱材料添加的金屬粉添加劑主要為銀粉、鋁粉、銅粉能夠有效增加材料的導熱性能，同時還添加了少許石墨烯材料，石墨烯材料分散均勻能夠有效提高材料的熱導率。（3）本發明的一種cpu用高效導熱材料採用了聚丙烯改性矽脂、季戊四醇、醋酸乙酯、聚乙烯蠟、聚丙烯醯胺提高了材料的表面平整性；添加了一定量的碳納米管作為補強填料，一方面能夠大大提高材料的拉升強度和撕裂強度，另一方面增加了材料的熱導性。（4）本發明的一種cpu用高效導熱材料的製備方法簡單、工藝簡明、材料成本較低、原料易得、適合大規模工業生產，具有較高的實用價值和廣泛的應用前景。具體實施方式下面結合具體實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。實施例1.本實施例的一種cpu用高效導熱材料，包括以下重量份的原料：聚丙烯改性矽脂25份、季戊四醇14份、醋酸乙酯5份、矽油12份、金屬粉添加劑15份、氧化鋅12份、氮化硼10、碳化矽12份、碳納米管4份、石墨烯2份、偶聯劑3份、聚乙烯蠟1份、聚丙烯醯胺2份、氮化鋁5份。本實施例中金屬粉添加劑為銀粉、鋁粉、銅粉按照重量比0.5:2:1的比例組成的混合物。本實施例中偶聯劑為矽烷偶聯劑。本實施例中碳納米管為直徑15-25nm、長度10-30μm的高導熱性多壁碳納米管。本實施例中石墨烯為鉑摻雜石墨烯，直徑為5-10nm。本實施例的cpu用高效導熱材料的製備方法，包括以下步驟：步驟一，將金屬添加劑、氮化鋁、氧化鋅、氮化硼和碳化矽顆粒熔融成液態，隨後放入到化學氣相沉積爐內在1300℃保溫3h，冷卻後加入高速粉碎機中粉碎，再加入研磨機中研磨，過800目篩，得到混合粉末a；步驟二，將聚丙烯改性矽脂、季戊四醇、醋酸乙酯加入攪拌機中在攪拌轉速為150r/min下攪拌25分鐘，再加入聚乙烯蠟、聚丙烯醯胺在200r/min下繼續攪拌20分鐘得到混合物b；步驟三，將步驟一製得的混合物a、步驟二製得的混合物b、偶聯劑、矽油、碳納米管、石墨烯加入高速攪拌機，在溫度為55℃、攪拌轉速為300r/min下，攪拌2小時，自然冷卻後得到發明的cpu用高效導熱材料。實施例2.本實施例的一種cpu用高效導熱材料，包括以下重量份的原料：聚丙烯改性矽脂35份、季戊四醇18份、醋酸乙酯10份、矽油16份、金屬粉添加劑25份、氧化鋅16份、氮化硼14份、碳化矽14份、碳納米管6份、石墨烯8份、偶聯劑5份、聚乙烯蠟5份、聚丙烯醯胺4份、氮化鋁8份。本實施例中金屬粉添加劑為銀粉、鋁粉、銅粉按照重量比0.5:2:1的比例組成的混合物。本實施例中偶聯劑為鈦酸酯偶聯劑。本實施例中碳納米管為直徑15-25nm、長度10-30μm的高導熱性多壁碳納米管。本實施例中石墨烯為鉑摻雜石墨烯，直徑為5-10nm。本實施例的cpu用高效導熱材料的製備方法，包括以下步驟：步驟一，將金屬添加劑、氮化鋁、氧化鋅、氮化硼和碳化矽顆粒熔融成液態，隨後放入到化學氣相沉積爐內在1400℃保溫2h，冷卻後加入高速粉碎機中粉碎，再加入研磨機中研磨，過1200目篩，得到混合粉末a；步驟二，將聚丙烯改性矽脂、季戊四醇、醋酸乙酯加入攪拌機中在攪拌轉速為200r/min下攪拌15分鐘，再加入聚乙烯蠟、聚丙烯醯胺在250r/min下繼續攪拌10分鐘得到混合物b；步驟三，將步驟一製得的混合物a、步驟二製得的混合物b、偶聯劑、矽油、碳納米管、石墨烯加入高速攪拌機，在溫度為65℃、攪拌轉速為400r/min下，攪拌1小時，自然冷卻後得到發明的cpu用高效導熱材料。實施例3.本實施例的一種cpu用高效導熱材料，包括以下重量份的原料：聚丙烯改性矽脂30份、季戊四醇16份、醋酸乙酯8份、矽油14份、金屬粉添加劑20份、氧化鋅14份、氮化硼12份、碳化矽13份、碳納米管5份、石墨烯5份、偶聯劑4份、聚乙烯蠟3份、聚丙烯醯胺3份、氮化鋁6份。本實施例中金屬粉添加劑為銀粉、鋁粉、銅粉按照重量比0.5:2:1的比例組成的混合物。本實施例中偶聯劑為矽烷偶聯劑。本實施例中碳納米管為直徑15-25nm、長度10-30μm的高導熱性多壁碳納米管。本實施例中石墨烯為鉑摻雜石墨烯，直徑為5-10nm。本實施例的cpu用高效導熱材料的製備方法，包括以下步驟：步驟一，將金屬添加劑、氮化鋁、氧化鋅、氮化硼和碳化矽顆粒熔融成液態，隨後放入到化學氣相沉積爐內在1350℃保溫2.5h，冷卻後加入高速粉碎機中粉碎，再加入研磨機中研磨，過1000目篩，得到混合粉末a；步驟二，將聚丙烯改性矽脂、季戊四醇、醋酸乙酯加入攪拌機中在攪拌轉速為180r/min下攪拌20分鐘，再加入聚乙烯蠟、聚丙烯醯胺在220r/min下繼續攪拌15分鐘得到混合物b；步驟三，將步驟一製得的混合物a、步驟二製得的混合物b、偶聯劑、矽油、碳納米管、石墨烯加入高速攪拌機，在溫度為60℃、攪拌轉速為350r/min下，攪拌1.5小時，自然冷卻後得到發明的cpu用高效導熱材料。以上各實施例製得的cpu用高效導熱材料的性能測試結果如下：實驗項目實施例1實施例2實施例3現有技術熱導率w/(m·k)11.512.712.17.8本發明的一種cpu用高效導熱材料，其導熱係數高，導熱散熱效果好，合理使用填料用量，熱阻抗較低，耐候性較好，具有良好的塗覆性和攤鋪性能，同時本發明提供的製備方法材料成本較低、原料易得、工藝簡明，具有較高的使用價值和良好的應用前景。對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。當前第1頁12