電子級氧化鋁是個寬泛模糊的概念，通常要求純度在99.99%（4N）以上，憑借其高純度、優良的物理化學性質在電子工業中得到廣泛應用。雖說不同應用對氧化鋁粉體有著非常具體的要求，但是片狀氧化鋁和球形氧化鋁的出鏡率明顯高于其他品類，并且在導熱填料領域總是同時亮相一爭高下。到底二者孰強孰弱，還是各有千秋？

圖1 散熱器與發熱元器件之間的導熱界面材料

隨著5G和智能化時代的來臨，電子設備趨于小型化、集成化，電子設備的發熱問題逐漸凸顯，對散熱性能有了更高的要求。作為連接芯片與散熱器之間熱量傳輸的橋梁，熱界面材料（TIM）因其自身限制，常常需要通過添加導熱填料來提高導熱性能。電子級材料由于其高純度，被廣泛用于電子工業，主要應用于精密電子產品的制造，在半導體、集成電路等對材料純度要求極高領域的電子元件制造中。氧化鋁（α-Al₂O₃）來源廣泛、化學性質穩定、絕緣性能好且價格較低，其高性價比使其成為主要的導熱絕緣填料。α-Al₂O₃熱導率良好（熱導率：33~36W/M·K，體積電阻率約為1010Ω·cm），其常用的晶體形貌主要為片狀和球形兩大類。

圖2不同形貌的Al₂O₃的SEM圖

球形氧化鋁：呈規則球型結構，粒徑通常在幾微米到幾十微米范圍內。

片狀氧化鋁：呈二維片狀結構(長徑比大于10:1)，粒徑通常在幾微米到幾十微米范圍內，厚度約幾百納米。

雖然二維片狀導熱填料通常具有比球形Al₂O₃等較高的本征熱導率，但在導熱復合材料的制備過程中，加工中的外力場等原因，導致二維片狀材料傾向在薄膜材料中沿著薄膜面內的方向取向排列，而難于沿著薄膜面外方向取向排列，造成薄膜材料面內導熱性能遠高于面外導熱性能。

Al₂O₃形貌對填充性能的影響較大，熱界面材料要求填料能均勻地分散在聚合物基體中，分布不均勻會導致材料缺陷，影響使用性能，同時，隨著填充量的增加，體系的黏度也逐漸增大，到一定程度會影響填料的分散效果。其中，顆粒越規整，比表面就越小，與基體之間的摩擦力也就越小，越易分散，故體系粘度越小、填充率越高，從而更易形成導熱網絡，增強材料的熱導率。

由圖3可以看出 α-Al₂O₃填充量的增加，環氧樹脂固化物導熱系數快速增加。當α-Al₂O₃的填充量從30%增至50%時，導熱系數從0.35 W/(m·K)升高至0.58 W/(m·K)，從50%增至70%時，導熱系數從0.58 W/(m·K)升高至1.59 W/(m·K)。

填充量較低時，復合材料的導熱系數受α-Al₂O₃填充量的影響較小，隨著填充量的增加，復合材料的導熱系數快速升高，這是由于填充量較少時系統無法形成連續緊密的導熱回路，故熱導率上升緩慢，隨著填充量的不斷增加，氧化鋁粉末之間的接觸點逐漸增加，供熱供應鏈的集中度增加，使得供熱量迅速提升。若進一步增加填充量，導熱率有望繼續升高，但是聚合物基體含量過低，粘性減弱，故較難成型。

圖3 α-Al₂O₃填充量對導熱系數的影響

其中，片狀和球形氧化鋁根據其自身的結構特性，在作為導熱填料時有其各自的優缺點。

球形氧化鋁作導熱填料時，制備得到的熱界面材料的柔韌性和機械性能更好，但相比于片狀氧化鋁，不易在聚合物基體內部形成導熱網絡。與前者不同，片狀氧化鋁更容易在聚合物基體內相互接觸形成有效導熱網絡，其導熱高、熱阻小，且能夠調節收縮性和熱膨脹系數，可有效提高熱界面材料的熱導率。而形成有效的導熱網絡是導熱性能迅速增長的關鍵，故在相同氧化鋁填充量時，片狀氧化鋁作為導熱填料時，導熱性能是優于球形氧化鋁的。但是其聚合物基體組成的混合體系粘度更高，從而影響聚合物基體的柔韌性。

僅從導熱效果來考慮，片狀氧化鋁當之無愧為最優選擇，但是生產中往往考慮實際應用。片狀氧化鋁作為導熱填料時對成型工藝要求較高，在復合體系中更易發生沉降，導致熱界面材料上下分層，均勻性明顯降低。這也是其在熱界面材料中應用相對較少的主要原因。

總結

球形、片狀氧化鋁性能，在導熱領域各有千秋，研磨領域片狀氧化鋁似乎更勝一籌，球形、片狀電子級氧化鋁材料的性能，不能單單就一方面去評判孰高孰低，在現實的各類應用中，他們各有所長，如何利用他們的結構性能，最大化的發揮其價值，是我們未來需要進一步探索的。

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