導熱填料即是添加在基體材料中用來增加材料導熱系數的填料。較為常用的導熱填料有氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、氮化鋁、氮化硼、碳化硅等，其中，運用最廣的為微米級氧化鋁及硅微粉。

在實際運用中，納米氧化鋁、氮化物多做為高導熱領域的填充粉體;而氧化鋅大多做為導熱膏(導熱硅脂)填料用；纖維狀高導熱碳粉、鱗片狀高導熱碳粉等則多用在航空航天、LED、精密電子儀器等特殊領域。

而今天我們就重點來講講，導熱填料的主力大軍——氧化鋁。

導熱填料氧化鋁

氧化鋁具有導熱、絕緣等優點，可作為導熱填料用于制備導熱絕緣膠、灌封膠等高分子材料。與其他填料相比，雖然氧化鋁的導熱率不高，但也基本能滿足“導熱界面材料、導熱工程塑料以及鋁基覆銅板等領域填充劑”的應用。且氧化鋁價格較低，來源較廣，是高導熱絕緣聚合物的經濟適用型填料。

導熱氧化鋁是高溫條件下生成的白色粉末結晶，其結晶粉末眾多，用于導熱的氧化鋁有球形氧化鋁、類球形氧化鋁、復合型氧化鋁等。導熱氧化鋁必須具有粒徑分布窄，粒徑尺寸穩定性好，導熱系數K值高，偶聯改性后填充份數高等特性。一般來說，如果能夠將導熱氧化鋁的平均粒徑控制在合理的范圍內，根據不同的填充量，導熱系數可以達到3-10W/（m*K）之間。

球形氧化鋁

導熱氧化鋁可廣泛應用于硅膠，灌封膠，環氧樹脂，塑料、橡膠導熱、導熱塑料、硅脂、散熱陶瓷等不同材料中。在實際應用中，Al₂O₃粉體填料可以單獨使用也可以與其他填料例如AIN、BN等混合使用。

氧化鋁導熱填料的各種運用領域

氧化鋁表面改性

由于氧化鋁表面極性較強，在聚合物中難以均勻分散；加之其本身熱導率不高，需要高填充量才能獲得較好的導熱性能，這便會導致復合材料黏度增大而難以滿足施工流動性要求，同時也大幅降低了其力學性能，使其應用范圍受到限制。氧化鋁粒子和有機樹脂基體界面間相容性很差，氧化鋁粒子極易團聚，很難均勻地分散到高分子基體中。且氧化鋁粒子與有機樹脂的表面張力差異不同，使得高分子基體很難潤濕粒子表面，從而導致二者界面處存在空隙，增加了復合材料的界面熱阻。

如何降低氧化鋁顆粒之間的團聚，改善氧化鋁粉體與高分子基體的界面相容性，提高它們在高分子基體中的分散性，從而獲得性能優異的復合材料，就成為氧化鋁在填充材料領域中應用的關鍵性問題。

利用有機表面改性劑分子中的官能團在顆粒表面吸附或化學反應對顆粒表面進行改性，有目的地改變粉體表面的物理化學性質，如表面能、表面極性等，便是解決氧化鋁粉體分散性差這一難題的殺手锏。

目前，普通氧化鋁的表面改性劑以傳統的硅烷偶聯劑為主。但短鏈硅烷偶聯劑作表面改性劑時，對熱導率的提高效果有限。因此，為了克服短鏈硅烷偶聯劑作表面改性劑時存在的缺陷，可采用十六烷基三甲氧基硅烷對氧化鋁進行表面改性。

改性前后的對比圖

經該硅烷偶聯劑改性后，氧化鋁粉體分散均勻，顆粒無明顯團聚現象存在，粉體棱角減少；而未改性氧化鋁顆粒團聚較多，粉體形貌也較粗糙。據分析，改性氧化鋁分散性提高可能是因為氧化鋁表面包覆一層硅烷偶聯劑后，表面極性降低；改性氧化鋁表面形貌的改變可能是因為改性時機械力的作用，導致氧化鋁表面棱角減少，變得圓滑，降低氧化鋁表面極性、提高其與硅橡膠相容性的目的。

中鋁鄭州研究院亦采用特定偶聯劑改性方法開發出適用于灌封膠用的導熱填料氧化鋁。該偶聯劑可以明顯的降低填料氧化鋁的吸油值，相對于未表面處理的填料氧化鋁，經偶聯劑表面處理后填料氧化鋁的吸油值可以降低10%-30%。表面處理后的填料氧化鋁粉體分散性較好，顆粒無明顯團聚現象存在，粉體棱角減少，可以改善復合材料的性能，使體系的界面相互作用增強，提高復合材料的力學性能。

參考文獻：

導熱填料氧化鋁的表面處理研究，中國鋁業鄭州有色金屬研究院有限公司，賈春燕，李東紅，楊雙鳳。

粉體圈 作者：朱朱