高导热铝基体无机陶瓷涂料及其制备方法和用途与流程

1.本发明属于散热材料领域，具体涉及一种高导热铝基体无机陶瓷涂料及其制备方法和用途。


背景技术：

2.随着电子器件朝着高度小型化、集成化、多功能化和高频方向发展，其单位面积内集聚的热量问题越来越突出，严重影响了电子器件的正常运行和使用寿命。现在很多散热涂料是通过提高物体表面辐射效率，增强物体散热性能来保证设备正常运行。
3.目前，市面上的散热涂料多以环氧树脂、丙烯酸树脂等有机树脂为基体，有机物含量高，气味大不环保，施工对人体危害大。且一般有机物硬度低，耐磨性差，基本对基体无保护作用。因此，开发一种同时满足环保，硬度高，耐候性强的无机水性散热涂料是行业内亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题为：现有的散热涂料多采用有机树脂为基体，存在环保性差，硬度低，耐候性不好等缺陷。
5.本发明解决上述技术问题的技术方案为：提供一种高导热铝基体无机陶瓷涂料的制备方法。该方法包括以下步骤：
6.a、制备氧化石墨烯/碳纳米管分散液
7.称取0.1-3份氧化石墨烯，0.1-2份碳纳米管，1-3份分散剂，5-10份溶剂，将分散剂搅拌溶解于溶剂中，加入氧化石墨烯和碳纳米管，超声30-40min，超声过程始终保持温度在35℃以下，制成氧化石墨烯/碳纳米管分散液；
8.b、称取硅溶胶10-18份，0.1-3份去离子水，加入0.1-0.3份盐酸，调节溶液ph值在4-5范围内；
9.c、量取甲基三乙氧基硅烷、苯甲基硅氧烷或二甲基硅氧烷0.1-40份、硅酸四乙酯0.1-15份；
10.d、将步骤b和步骤c所得物质加入步骤a得到的氧化石墨烯/碳纳米管分散液中进行反应；
11.e、向步骤d的物质中加入1-3份流平剂，1-3份104e，4-6份硅烷偶联剂，搅拌10-30min；
12.f、再加入气相二氧化硅0.1-1份，碳化硅1-4份，氮化硼1-3份，云母粉1-3份，加入至步骤e的混合液中，搅拌并球磨；
13.g、球磨完成后称取0.1-12份铝溶胶加入，以转速280-350rpm搅拌20-50min，使铝溶胶均匀混合在体系中；过滤、超声，得到高导热铝基体无机陶瓷涂料。
14.其中，上述高导热铝基体无机陶瓷涂料的制备方法中，步骤a所述的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、聚乙烯醇(pva)或禾大分散剂(kd1)中的至少一种。
15.其中，上述高导热铝基体无机陶瓷涂料的制备方法中，步骤a所述的溶剂为乙醇或异丙醇。
16.其中，上述高导热铝基体无机陶瓷涂料的制备方法中，步骤d所述加入的速度为3-5g/min。
17.其中，上述高导热铝基体无机陶瓷涂料的制备方法中，步骤d所述反应的温度为40-60℃，反应时间为2-3小时。充分反应混合，使氧化石墨烯及碳纳米管充分分散在溶胶体系中。
18.其中，上述高导热铝基体无机陶瓷涂料的制备方法中，步骤f所述搅拌转速为400-600rpm，时间为5-10min。
19.其中，上述高导热铝基体无机陶瓷涂料的制备方法中，步骤f所述球磨采用行星球磨机，球占腔体体积30-50％，转速设置为500-800rpm，时间50-120min。
20.其中，上述高导热铝基体无机陶瓷涂料的制备方法中，步骤f所述碳化硅，氮化硼，云母粉可替换为氧化铝0.1-2份、炭黑0.1-3份、铜粉0.1-3份、氧化镁0.1-2份或氧化锌0.1-2份中的至少一种。
21.其中，上述高导热铝基体无机陶瓷涂料的制备方法中，步骤g所述过滤采用的是60-200目滤布；超声20-50min。
22.本发明还提供了一种上述高导热铝基体无机陶瓷涂料的制备方法制备得到的高导热铝基体无机陶瓷涂料。
23.进一步的，本发明还提供了上述高导热铝基体无机陶瓷涂料的使用方法。具体的操作步骤为：将高导热铝基体无机陶瓷涂料涂覆至基体表面，涂覆厚度为20-40um，烘烤固化，得到涂层。
24.其中，上述高导热铝基体无机陶瓷涂料的使用方法中，所述固化的条件为：常温升至40-80℃条件下烘烤20-60min，再升温至120-200℃条件下烘烤30-60min。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
26.本发明提供了一种高导热铝基体无机陶瓷涂料及其制备方法，以聚硅氧烷/铝溶胶为基体，铝溶胶作为导热基点，与聚硅氧烷聚合成一个具有导热交联网状结构，赋予基体更高的导热系数，一维碳纳米管可以为基体的热流提供额外的通道，使用二维氧化石墨烯片状结构可以产生更多的cnt连接点，氧化石墨烯及碳纳米管为主要导热填料，氧化石墨烯相比石墨烯有更多基团，能更好的分散在基体中，加上氧化石墨烯与碳纳米管之间的相互作用，产生了更多的热传导路径，能更好提升散热效率，通过添加分散剂(pvp、pva、kd1)促进两者均匀分散，能够提高基体散热降温能力，并赋予基材一定的耐腐蚀性能，高导热铝基体无机陶瓷涂料在固化成膜后，可以广泛应用于cpu、led灯具、电器、机柜、电线电缆、暖气片、风机风扇等。
附图说明
27.图1所示为实施例1-4分别显示加热到70℃后，有涂层铝制品降温曲线，随着氧化石墨烯及碳纳米管含量增加，降温速率越快。
28.图2所示为加热到75℃后，有涂层与无涂层铝板的降温曲线，有散热涂层的铝板，明显降温速率加快。
具体实施方式
29.本发明提供了一种高导热铝基体无机陶瓷涂料的制备方法，原材料选择了氧化石墨烯与碳纳米管，通过氧化石墨烯与碳纳米管之间的相互作用，产生了更多的热传导路径，能更好提升散热效率。
30.同时，本发明的原材料还选择了聚硅氧烷/铝溶胶，以聚硅氧烷/铝溶胶为基体，铝溶胶作为导热基点，与聚硅氧烷聚合成一个具有导热交联网状结构，赋予基体更高的导热系数。
31.通过上述原料和方法机理上的改进，本发明制备得到的涂料相比有机涂层，更环保，硬度更高，更耐高温，耐候性也更强。
32.本发明铝溶胶交联到聚合网络结构，大大提升基底导热性。具体的反应如下：
33.≡si—or+h2o
→
≡si—oh+r—oh
34.alooh(铝溶胶)+≡si—oh
→
≡si—o—alo+h2o。
35.下面将通过实施例对本发明的具体实施方式做进一步的解释说明，但不表示将本发明的保护范围限制在实施例所述范围内。
36.实施例中所使用的设备和试剂均为普通市售产品。
37.实施例1制备本发明的高导热铝基体无机陶瓷涂料
38.具体的操作步骤如下：
39.(1)a组份：称取1gpva，10g异丙醇，将pva搅拌溶解于溶剂中；
40.(2)b组份：硅溶胶18g，1.5g去离子水，加入0.11g盐酸，调节溶液ph值；
41.(3)c组份：量取甲基三乙氧基硅烷35g、硅酸四乙酯15g；
42.(4)将b组份和c组份以4g/min速度加入a组份中，反应过程中控制溶液温度在40-60℃内，充分反应混合，使氧化石墨烯及碳纳米管充分分散在溶胶体系中。
43.(5)2g流平剂，1g104e，5g硅烷偶联剂，加入至上述混合液中搅拌20min；
44.(6)称取气相二氧化硅1g，碳化硅4g，氮化硼3g，云母粉3g，加入至混合液中，设置转速为500rpm，搅拌5min后，将涂料转移至行星球磨机中，球占腔体体积70％，转速设置为250rpm，时间100min；
45.(7)球磨完成后涂料150目滤布过滤，超声20min去除部分气泡，涂料密封保存；
46.(8)涂覆：涂覆前用200目滤布将涂料过滤至无明显气泡，涂覆于基体表面后烘烤固化，固化温度工艺：常温升至70℃烘烤20min，再升温至150烘烤50min。
47.实施例2制备本发明的高导热铝基体无机陶瓷涂料
48.具体的操作步骤如下：
49.(1)a组份：称取1g氧化石墨烯，0.3g碳纳米管，1g pvp，8g乙醇，将pvp搅拌溶解于溶剂中，加入氧化石墨烯及碳纳米管，超声30min，超声过程始终保持温度在35℃以下，制成氧化石墨烯/cnts分散液；
50.(2)b组份：硅溶胶17g，1.5g去离子水，加入0.11盐酸，调节溶液ph值；
51.(3)c组份：量取苯甲基硅氧烷33g,二甲基硅氧烷10g、硅酸四乙酯8g；
52.(4)将b组份和c组份以4g/min速度加入a组份中，反应过程中控制溶液温度在40-60℃内，充分反应混合，使氧化石墨烯及碳纳米管充分分散在溶胶体系中。
53.(5)2g流平剂，1g104e，5g硅烷偶联剂，加入至上述混合液中搅拌20min；
54.(6)称取气相二氧化硅1g，碳化硅2g，氮化硼2g，云母粉1.5g，加入至混合液中，设置转速为500rpm，搅拌5min后，将涂料转移至行星球磨机中，球占腔体体积70％，转速设置为250rpm，时间100min；
55.(7)球磨完成后称取5g铝溶胶加入，以转速280rpm搅拌20min，使铝溶胶均匀混合在体系中；
56.(8)球磨完成后涂料150目滤布过滤，超声20min去除部分气泡，涂料密封保存；
57.(9)涂覆：涂覆前用200目滤布将涂料过滤至无明显气泡，涂覆于基体表面后烘烤固化，固化温度工艺：常温升至70℃烘烤30min，再升温至170℃烘烤50。
58.实施例3制备本发明的高导热铝基体无机陶瓷涂料
59.具体的操作步骤如下：
60.(1)a组份：称取3g氧化石墨烯，0.5g碳纳米管，0.5gpva，0.5gkd1，8g异丙醇，将pvp搅拌溶解于溶剂中，加入氧化石墨烯及碳纳米管，超声30min，超声过程始终保持温度在35℃以下，制成氧化石墨烯/cnts分散液；
61.(2)b组份：硅溶胶17g，1.5g去离子水，加入0.11盐酸，调节溶液ph值；
62.(3)c组份：量取甲基三乙氧基硅烷6g、二甲基硅氧烷30g、硅酸四乙酯8g；
63.(4)将b组份和c组份以4g/min速度加入a组份中，反应过程中控制溶液温度在40-60℃内，充分反应混合，使氧化石墨烯及碳纳米管充分分散在溶胶体系中。
64.(5)2g流平剂，1g104e，5g硅烷偶联剂，加入至上述混合液中搅拌20min；
65.(6)称取气相二氧化硅1g，碳化硅2g，氮化硼2g，云母粉1.5g，加入至混合液中，设置转速为400rpm，搅拌5min后，将涂料转移至行星球磨机中，球占腔体体积70％，转速设置为250rpm，时间100min；
66.(7)球磨完成后称取10g铝溶胶加入，以转速300rpm搅拌20min，使铝溶胶均匀混合在体系中；
67.(8)球磨完成后涂料150目滤布过滤，超声20min去除部分气泡，涂料密封保存；
68.(9)涂覆：涂覆前用200目滤布将涂料过滤至无明显气泡，涂覆于基体表面后烘烤固化，固化温度工艺：常温升至70℃烘烤30min，再升温至170℃烘烤50min。
69.实施例4制备本发明的高导热铝基体无机陶瓷涂料
70.具体的操作步骤如下：
71.(1)a组份：称取2g氧化石墨烯，2g碳纳米管，1pvp，0.5kd1，8g乙醇，将pvp搅拌溶解于溶剂中，加入氧化石墨烯及碳纳米管，超声30min，超声过程始终保持温度在35℃以下，制成氧化石墨烯/cnts分散液；
72.(2)b组份：硅溶胶17g，1.5g去离子水，加入0.11盐酸，调节溶液ph值；
73.(3)c组份：量取苯甲基硅氧烷17g,二甲基硅氧烷17g、硅酸四乙酯8g；
74.(4)将b组份和c组份以4g/min速度加入a组份中，反应过程中控制溶液温度在60℃内，充分反应混合，使氧化石墨烯及碳纳米管充分分散在溶胶体系中。
75.(5)2g流平剂，1g104e，5g硅烷偶联剂，加入至上述混合液中搅拌20min；
76.(6)称取气相二氧化硅1g，碳化硅2g，氮化硼2g，云母粉1.5g，加入至混合液中，设置转速为500rpm，搅拌5min后，将涂料转移至行星球磨机中，球占腔体体积比70％，转速设置为250rpm，时间110min；
77.(7)球磨完成后称取12g铝溶胶加入，以转速300rpm搅拌20min，使铝溶胶均匀混合在体系中；
78.(8)球磨完成后涂料150目滤布过滤，超声20min去除部分气泡，涂料密封保存；
79.(9)涂覆：涂覆前用200目滤布将涂料过滤至无明显气泡，涂覆于基体表面后烘烤固化，固化温度工艺：常温升至60℃烘烤20min，再升温至160℃烘烤50min。
80.实施例中各种原料的配比如下表1所示。
81.表1不同实施例中的原料配比(g)
82.序号药品实施例1实施例2实施例3实施例41氧化石墨烯01322碳纳米管00.30.523pvp01014pva100.505kd1000.50.56乙醇/异丙醇108887硅溶胶181717178去离子水1.51.51.51.59盐酸0.110.110.110.1110甲基三乙氧基硅烷3506011苯甲基硅氧烷03301712二甲基硅氧烷010301713硅酸四乙酯1588814流平剂222215104e111116硅烷偶联剂555517气相二氧化硅111118碳化硅422219氮化硼322220云母粉31.51.51.521铝溶胶051012
83.各实施例制备得到的涂料在涂覆后得到的涂层相关性能检测结果如下表2所示。
84.表2不同涂层的相关性能结果
85.86.
技术特征：
1.高导热铝基体无机陶瓷涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a、制备氧化石墨烯/碳纳米管分散液称取0.1-3份氧化石墨烯，0.1-2份碳纳米管，1-3份分散剂，5-10份溶剂，将分散剂搅拌溶解于溶剂中，加入氧化石墨烯和碳纳米管，超声30-40min，超声过程始终保持温度在35℃以下，制成氧化石墨烯/碳纳米管分散液；b、称取硅溶胶10-18份，0.1-3份去离子水，加入0.1-0.3份盐酸，调节溶液ph值在4-5范围内；c、量取甲基三乙氧基硅烷、苯甲基硅氧烷或二甲基硅氧烷0.1-40份、硅酸四乙酯0.1-15份；d、将步骤b和步骤c所得物质加入步骤a得到的氧化石墨烯/碳纳米管分散液中进行反应；e、向步骤d的物质中加入1-3份流平剂，1-3份104e，4-6份硅烷偶联剂，搅拌10-30min；f、再加入气相二氧化硅0.1-1份，碳化硅1-4份，氮化硼1-3份，云母粉1-3份，加入至步骤e的混合液中，搅拌并球磨；g、球磨完成后称取0.1-12份铝溶胶加入，以转速280-350rpm搅拌20-50min，使铝溶胶均匀混合在体系中；过滤、超声，得到高导热铝基体无机陶瓷涂料。2.根据权利要求1所述的高导热铝基体无机陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：步骤a所述的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇或禾大分散剂中的至少一种。3.根据权利要求1所述的高导热铝基体无机陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：步骤a所述的溶剂为乙醇或异丙醇。4.根据权利要求1所述的高导热铝基体无机陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：步骤d所述加入的速度为3-5g/min。5.根据权利要求1所述的高导热铝基体无机陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：步骤d所述反应的温度为40-60℃，反应时间为2-3小时。6.根据权利要求1所述的高导热铝基体无机陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：步骤f所述搅拌转速为400-600rpm，时间为5-10min。7.根据权利要求1所述的高导热铝基体无机陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：步骤f所述球磨采用行星球磨机，球占腔体体积30-50％，转速设置为500-800rpm，时间50-120min。8.根据权利要求1所述的高导热铝基体无机陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：步骤f所述碳化硅，氮化硼，云母粉可替换为氧化铝0.1-2份、炭黑0.1-3份、铜粉0.1-3份、氧化镁0.1-2份或氧化锌0.1-2份中的至少一种。9.权利要求1-8任一项所述的高导热铝基体无机陶瓷涂料的制备方法制备得到的高导热铝基体无机陶瓷涂料。10.权利要求9所述的高导热铝基体无机陶瓷涂料的使用方法，其特征在于，具体的操作步骤为：将高导热铝基体无机陶瓷涂料涂覆至基体表面，涂覆厚度为20-40um，烘烤固化，得到涂层；所述固化的条件为：常温升至40-80℃条件下烘烤20-60min，再升温至120-200℃条件下烘烤30-60min。

技术总结
本发明属于散热材料领域，具体涉及一种高导热铝基体无机陶瓷涂料及其制备方法和用途。针对现有的散热涂料多采用有机树脂为基体，存在环保性差，硬度低，耐候性不好等缺陷，本发明提供了一种高导热铝基体无机陶瓷涂料及其制备方法，以聚硅氧烷/铝溶胶为基体，铝溶胶作为导热基点，与聚硅氧烷聚合成一个具有导热交联网状结构，赋予基体更高的导热系数，一维碳纳米管可以为基体的热流提供额外的通道，使用二维氧化石墨烯片状结构可以产生更多的CNT连接点，氧化石墨烯及碳纳米管为主要导热填料，氧化石墨烯相比石墨烯有更多基团，能更好的分散在基体中。本发明的涂料能更好的散热，使用广泛。泛。泛。


技术研发人员：潘登 罗启兰
受保护的技术使用者：深圳前海石墨烯产业有限公司
技术研发日：2023.06.26
技术公布日：2023/9/25