Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的導(dǎo)熱及電性能

楊李懿, 葛凡, 汪蔚, 冉濤, 李艷飛

(1.嘉興學(xué)院 材料與紡織工程學(xué)院，嘉興 314001；2.浙江榮泰科技企業(yè)有限公司，嘉興 314007)

book=6111,ebook=143現(xiàn)代電氣電子設(shè)備趨于向大功率、小體積及高密高頻、集成化、微型化方向發(fā)展，其直接后果便是在更小的體積內(nèi)產(chǎn)生了更多的熱量，如果這些熱量無法及時(shí)向外傳遞，將加速絕緣老化，嚴(yán)重影響設(shè)備的運(yùn)行效率和可靠性，甚至發(fā)生故障或事故[1-3]。提高絕緣封裝材料的導(dǎo)熱性能是解決電氣電子設(shè)備熱管理問題的最有效途徑[4-6]。環(huán)氧樹脂是應(yīng)用最為廣泛的絕緣封裝材料之一，但純環(huán)氧樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)低(0.20 W·(m·K)-1)，極大限制了其在現(xiàn)代電氣電子設(shè)備中的應(yīng)用。為了提高環(huán)氧樹脂材料的導(dǎo)熱性能，將高導(dǎo)熱絕緣填料，如Al2O3、MgO、ZnO、BN、氮化鋁(AlN)等，添加到基體中，獲得填充型導(dǎo)熱復(fù)合材料是一種簡(jiǎn)單有效的解決方法[7-12]。其中，球形Al2O3因其導(dǎo)熱系數(shù)較高、成本低、介電性能優(yōu)良，且在聚合物基體中剪切阻力小、黏度低，而得到廣泛應(yīng)用[13-14]。然而，采用常規(guī)共混制備的Al2O3/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，由于填料在基體中隨機(jī)分布，不易相互連接形成導(dǎo)熱通路，復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)的提高有限[15-16]。

在聚合物基體中構(gòu)建由高導(dǎo)熱填料相互連接而形成的導(dǎo)熱通路是提高復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的有效策略。如吳加雪等[17]采用四針狀氧化鋅晶須(T-ZnOw)和片狀氮化硼(BN)混雜填充環(huán)氧樹脂，使填料間更容易相互搭接形成導(dǎo)熱通路。Chen 等[18]在氮化硼納米片(BNNS)表面沉積納米Ag 后與環(huán)氧樹脂復(fù)合，然后經(jīng)300℃熱處理，使納米Ag 熔融燒結(jié)而將BNNS 相互連接形成導(dǎo)熱通路。Yu等[19]在三聚氰胺甲醛海綿表面吸附BNNSs，并進(jìn)一步經(jīng)多巴胺修飾后，浸漬BN/環(huán)氧樹脂，制備葉脈結(jié)構(gòu)的二級(jí)可調(diào)網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)熱通路。Ren 等[20]將Al2O3采用偶聯(lián)劑修飾后，沉積納米銀，然后與環(huán)氧樹脂復(fù)合，利用納米銀顆粒的橋聯(lián)作用，以促進(jìn)熱傳導(dǎo)，降低填料間接觸熱阻。Hao 等[21]及Hu 等[22]分別采用雙軸壓縮和凝膠注模成型，然后高溫?zé)Y(jié)，預(yù)先制備3D 多孔結(jié)構(gòu)Al2O3骨架，再真空浸漬環(huán)氧樹脂，構(gòu)建3D 互聯(lián)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱通路。這些方法通常需要較高的固化或處理溫度，且工藝復(fù)雜，成本高。本文采用共還原法，在Al2O3微球表面沉積低熔點(diǎn)納米錫鉍合金顆粒(Sn57Bi43)，制備Al2O3-Sn57Bi43雜化材料，用于環(huán)氧樹脂的導(dǎo)熱絕緣填料。當(dāng)環(huán)氧樹脂受熱固化時(shí)，填料表面Sn57Bi43顆粒熔融，將填料相互連接而形成有效的導(dǎo)熱通路，提高復(fù)合材料導(dǎo)熱率。同時(shí)，由于Sn57Bi43被絕緣性Al2O3及樹脂基體隔離，Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料仍具有電絕緣性能。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

1.1 原材料

環(huán)氧樹脂：工業(yè)級(jí)，牌號(hào)CYD-128，環(huán)氧值0.51～0.54，岳陽(yáng)巴陵華興石化有限公司；594 固化劑：β, β'-二甲氨基乙氧基-1, 3, 6, 2-三惡硼雜八環(huán)，工業(yè)級(jí)，無錫錢廣化工原料有限公司；球形Al2O3導(dǎo)熱絕緣填料：上海瑀銳新材料科技有限公司；BiCl3和SnCl2·2H2O：分析純，上海麥克林生化科技有限公司；36%～38%的HCl 水溶液及KBH4：化學(xué)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 Al2O3-Sn57Bi43雜化材料的制備

參照文獻(xiàn)[23]所述方法制備Al2O3-Sn57Bi43雜化材料。具體過程如下：第一步，將20.53 g(0.091 mol) SnCl2·2H2O、21.44 g (0.068 mol) BiCl3溶于500 mL HCl 水溶液；第二步，在氮?dú)獗Ｗo(hù)，冰浴條件下，將78.18 g (1.45 mol) KBH4溶于1 000 mL水，然后加入100 g Al2O3；第三步，在氮?dú)獗Ｗo(hù)、冰浴條件下，將第一步所得溶液滴加到第二步所得溶液中，3～4 h 滴加完畢，然后繼續(xù)反應(yīng)1 h；第四步，離心分離，倒出上層清液，然后再加入適量水、離心分離，如此反復(fù)3～4 次，以去除未反應(yīng)的BiCl3、SnCl2·2H2O、HCl 等雜質(zhì)；第五步，將沉淀物經(jīng)80℃真空干燥24 h，得灰色Al2O3-Sn57Bi43雜化材料。

1.3 Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備

將環(huán)氧樹脂和594 固化劑按質(zhì)量比10∶1 室溫?cái)嚢杌旌暇鶆蚝螅尤階l2O3-Sn57Bi43，初步攪拌混合后再將混合物進(jìn)一步經(jīng)行星式離心真空混合機(jī)混合、脫泡，再將混合物經(jīng)150℃/4 h 固化，即得Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。按同樣的方法，制備填料體積含量(Vf)相同的Al2O3/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料作為對(duì)比。計(jì)算復(fù)合材料的Vf值時(shí)，需預(yù)先測(cè)得基體及填料密度。環(huán)氧樹脂基體材料(固化后)、Al2O3和Al2O3-Sn57Bi43的密度采用東莞市宏拓儀器有限公司DahoMeter DH-300 固液兩用比重計(jì)，阿基米德法測(cè)試，結(jié)果分別為1.19 g·cm-3、3.88 g·cm-3和4.36 g·cm-3。圖1 為Al2O3-Sn57Bi43雜化材料及Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備過程示意圖。

圖1 Al2O3-Sn57Bi43雜化材料及Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備過程示意圖Fig.1 Schematic illustration of preparation for Al2O3-Sn57Bi43hybrid fillers and Al2O3-Sn57Bi43/epoxy composites

1.4 測(cè)試與表征

X-射線光電子能譜(XPS)采用美國(guó)Thermobook=6112,ebook=144Fisher Scientific 公司ESCALAB250Xi，測(cè)試條件為鋁靶(Kα，hν=1 486.6 eV)，陰極加速電壓14.0 kV，功率250 W，真空度5×10-8Pa。全譜掃描分辨率1 eV，窄普掃描分辨率0.1 eV。差示掃描量熱分析(DSC)采用德國(guó)Netzsch204F1，掃描范圍30～320℃，升溫速率10℃/min。微觀形貌觀察采用日本JSM-5600LV 場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡，噴金后觀察。復(fù)合材料的熱擴(kuò)散率(α)采用德國(guó)Netzsch 公司LFA 467HT HyperFlash 導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x，激光閃射法室溫測(cè)試，然后通過公式λ=αCpρ 求出導(dǎo)熱系數(shù)(λ)。Cp為材料的比熱容，采用DSC 藍(lán)寶石法測(cè)試；ρ 為材料密度，采用阿基米德排水法測(cè)試。材料拉伸斷裂強(qiáng)度按GB/T 1040.1-2018[24]測(cè)試，體積電阻率和介電強(qiáng)度分別按GB/T 1410-2006[25]和GB/T 1408.1-2016[26]。介質(zhì)損耗按GB/T 1409-2006[27]測(cè)試，頻率50 Hz。

2 結(jié)果與討論

按1.2 節(jié)所述的Al2O3-Sn57Bi43的制備工藝，由于還原劑過量，Sn2+和Bi3+全部被還原，因此雜化材料中Sn57Bi43的理論含量為20wt%。圖2 為Al2O3和所制備Al2O3-Sn57Bi43的XPS 全譜及Sn3d、Bi4f的高分辨率窄譜。72.9 eV 和529.5 eV 處分別為Al2p 和O1s 的峰，與Al2O3相比，Al2O3-Sn57Bi4在484.9 eV 和493.3 eV 處檢測(cè)出明顯的Sn3d5/2和Sn3d3/2峰，在156.4 eV 和161.7 eV 處檢測(cè)出明顯的Bi4f7/2和Bi4f5/2峰。由XPS 計(jì)算得到的樣品元素質(zhì)量含量見表1，與理論結(jié)果基本一致。

圖2 Al2O3和Al2O3-Sn57Bi43雜化材料的XPS 全譜 (a) 和Sn3d (b)、Bi4f (c) 高分辨率窄譜Fig.2 Survey XPS (a) and high resolution spectra of Sn3d (b), Bi4f (c)region of Al2O3and Al2O3-Sn57Bi43hybrid fillers

圖3 為Al2O3和Al2O3-Sn57Bi43的DSC 曲 線。Al2O3-Sn57Bi43在140.3℃左右出現(xiàn)的峰為低熔點(diǎn)Sn57Bi43合金顆粒的熔融吸收峰[23]。

圖3 Al2O3和Al2O3-Sn57Bi43的DSC 曲線Fig.3 DSC curves of Al2O3and Al2O3-Sn57Bi43

表1 Al2O3和Al2O3-Sn57Bi43的元素組成Table 1 Element compositions of Al2O3and Al2O3-Sn57Bi43wt%

圖4 為Al2O3和Al2O3-Sn57Bi43雜化材料及經(jīng)150℃/2 h 處理后雜化材料的SEM 圖像。Al2O3的粒徑為5～25 μm，雜化材料表面吸附有Sn57Bi43顆粒，其粒徑約100～300 nm，經(jīng)150℃/2 h 處理后的雜化材料表面，Sn57Bi43顆粒發(fā)生明顯的熔融團(tuán)聚現(xiàn)象。

圖4 Al2O3(a)、Al2O3-Sn57Bi43雜化材料 (b) 及經(jīng)150℃/2 h 處理后的Al2O3-Sn57Bi43雜化材料 (c) 的SEM 圖像Fig.4 SEM images of Al2O3(a), Al2O3-Sn57Bi43hybrid fillers (b) and Al2O3-Sn57Bi43after thermal treatment at 150℃ for 2 h (c)

圖5 為填料體積含量Vf=60vol%的Al2O3/環(huán)氧樹脂及Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料橫截面的SEM 圖像。Al2O3/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的填料-基體界面處存在明顯空隙。Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂book=6113,ebook=145復(fù)合材料的填料-基體界面處空隙明顯減少，說明界面性能改善。這一方面是由于Al2O3-Sn57Bi43表面的Sn57Bi43納米顆粒使填料的粗糙度及比表面積增大，另一方面是由于Al2O3-Sn57Bi43雜化填料表面熔融而提高了環(huán)氧樹脂基體對(duì)填料的浸潤(rùn)性。Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料界面性能的改善不僅可以降低基體-填料間界面熱阻，提高材料導(dǎo)熱系數(shù)，而且可以提高材料的力學(xué)性能。

圖5 Al2O3/環(huán)氧樹脂 (a) 及Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂 (b) 復(fù)合材料橫截面的SEM 圖像Fig.5 Cross section SEM images of Al2O3/epoxy (a) and Al2O3-Sn57Bi43/epoxy composites (b)

表2 為不同填料體積含量的Al2O3/環(huán)氧樹脂和Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的密度、比熱容及熱擴(kuò)散系數(shù)。隨著填料含量的增加，復(fù)合材料的密度及擴(kuò)散系數(shù)增加，比熱容下降。由材料的密度、比熱容及熱擴(kuò)散系數(shù)，可計(jì)算出導(dǎo)熱系數(shù)。

表2 Al2O3/環(huán)氧樹脂和Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的密度、比熱容及熱擴(kuò)散系數(shù)Table 2 Density, specific heat capacity and thermal diffusion coefficient of Al2O3/epoxy and Al2O3-Sn57Bi43/epoxy composites

圖6 為填料體積含量(Vf)對(duì)Al2O3/環(huán)氧樹脂及Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響。當(dāng)Vf較低時(shí)，隨Vf增加，復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)的增加非常緩慢。這是由于當(dāng)Vf較低時(shí)，填料呈“孤島”狀分布在基體中，相互之間基本無接觸，不能形成導(dǎo)熱通路。當(dāng)Vf增加到某一程度，填料間相互接觸的概率增加，導(dǎo)熱通路亦開始形成，這時(shí)隨Vf增加，材料導(dǎo)熱系數(shù)明顯增加。該Vf值(約20vol%)即為填料的臨界體積含量(Vc)。在Vf相等條件下，Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)明顯大于Al2O3/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)。當(dāng)Vf=60vol%時(shí)，Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)為2.95 W·(m·K)-1，比Al2O3/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)(1.82 W·(m·K)-1)提高了62.1%。

圖6 填料體積含量對(duì)Al2O3/環(huán)氧樹脂和Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響Fig.6 Effects of filler volume fraction on thermal conductivity of Al2O3/epoxy and Al2O3-Sn57Bi43/epoxy composites

采用非線性Foygel 模型考察Al2O3表面沉積Sn57Bi43對(duì)填料間接觸熱阻(Rc)的影響，其公式如下[28-29]：

book=6114,ebook=146

式中：λ、λ1分別為復(fù)合材料、聚合物基體的導(dǎo)熱系數(shù)；λ0為指前因子；Vf為填料體積含量；Vc為填料的臨界體積含量，超過該值，填料間開始發(fā)生接觸，形成導(dǎo)熱通路，材料導(dǎo)熱系數(shù)明顯增加；β 為與導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān)的冪指數(shù)。

由圖6 可知，Vc約為20%，小于或大于該值，兩種材料的λ-Vf均呈良好的線性相關(guān)。將Vf大于或小于20%時(shí)的λ-Vf分別進(jìn)行線性擬合，兩直線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的Vf值即為Vc，結(jié)果見表3。將式(1)取對(duì)數(shù)，得如下公式：

book=6115,ebook=147

表3 Al2O3/環(huán)氧樹脂和Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)的非線性Foygel 模擬結(jié)果Table 3 Simulation results of nonlinear Foygel model for the thermal conductivity of Al2O3/epoxy and Al2O3-Sn57Bi43/epoxy composites

圖7 為式(2)的線性擬合結(jié)果，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。由圖7 可以得到λ0、β，根據(jù)下式：

圖7 Al2O3/環(huán)氧樹脂和Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的lg(λ-λ1)-lg[(Vf-Vc)/(1-Vc)]曲線Fig.7 lg(λ-λ1)-lg[(Vf-Vc)/(1-Vc)] curves of Al2O3/epoxy and Al2O3-Sn57Bi43/epoxy composites

可以得到復(fù)合材料中填料間接觸熱阻Rc，L為填料直徑，取平均值15 μm。表3 為兩種復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)的模擬分析結(jié)果。Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的Rc=8.35×104K·W-1，明顯小于Al2O3/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的Rc=1.17×105K·W-1。

基于熱傳導(dǎo)的串并聯(lián)模型，并考慮到填料間發(fā)生相互接觸對(duì)填充型復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響，Agari 等[30]提出了如下公式：

式中：λ2為填料的導(dǎo)熱系數(shù)；C1表示影響聚合物結(jié)晶度和結(jié)晶尺寸的因子；C2表示填料形成導(dǎo)熱鏈難易程度的因子，C2值越大，表示填料越容易相互聚集形成導(dǎo)熱通路。

圖8 為復(fù)合材料的lgλ-Vf關(guān)系曲線?？芍诘蚔f(<20vol%)時(shí)，兩種復(fù)合材料的lgλ-Vf關(guān)系曲線的線性程度較差，而在高Vf時(shí)，兩種復(fù)合材料的lgλ-Vf關(guān)系曲線呈良好的線性相關(guān)。這是由于在低填充量下，填料呈“孤島”狀分布在基體中，相互接觸形成導(dǎo)熱鏈的概率極低，此時(shí)，填料-基體間界面熱阻對(duì)材料導(dǎo)熱性能的影響較大，但在公式中未能體現(xiàn)該因素的影響，因此，lgλ-Vf關(guān)系曲線的線性程度較差。在高Vf時(shí)，填料相互接觸概率增大，此時(shí)，填料間相互連接形成導(dǎo)熱通路的難易程度對(duì)材料導(dǎo)熱性能影響也隨之變大，因此，lgλ-Vf關(guān)系曲線的線性程度較好。

圖8 Al2O3/環(huán)氧樹脂和Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的lgλ-Vf曲線Fig.8 lgλ-Vfcurves of Al2O3/epoxy and Al2O3-Sn57Bi43/epoxy composites

表4 為兩種復(fù)合材料的C1和C2模擬結(jié)果。Al2O3/環(huán)氧樹脂及Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的C1值非常接近。這是由于環(huán)氧樹脂是交聯(lián)型非結(jié)晶材料，加入填料后對(duì)環(huán)氧樹脂的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)無實(shí)質(zhì)性影響。Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的C2值明顯大于Al2O3/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的C2值，說明Al2O3-Sn57Bi43比Al2O3更容易在環(huán)氧基體中相互連接形成導(dǎo)熱鏈。這可能是由于Al2O3-Sn57Bi43表面Sn57Bi43熔融而將填料相互連接的緣故。

表4 Al2O3/環(huán)氧樹脂和Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)的Agari 模擬結(jié)果Table 4 Agari simulation results for the thermal conductivity of Al2O3/epoxy and Al2O3-Sn57Bi43/epoxy composites

表5 為填料體積含量Vf對(duì)Al2O3/環(huán)氧樹脂和Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料拉伸性能的影響。book=6116,ebook=148隨Vf增加，Al2O3/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的拉伸斷裂強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率均下降，這是由于填料與基體的界面性能差。隨Vf增加，Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的拉伸斷裂強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率提高，這是由于填料-基體間界面性能改善及Al2O3-Sn57Bi43形成的網(wǎng)鏈結(jié)構(gòu)能起到傳遞應(yīng)力，阻止裂紋擴(kuò)張的作用。

表5 填料體積含量對(duì)Al2O3/環(huán)氧樹脂和Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料拉伸斷裂強(qiáng)度的影響Table 5 Effects of filler volume fraction on tensile properties of Al2O3/epoxy and Al2O3-Sn57Bi43/epoxy composites

表6 為填料體積含量對(duì)Al2O3/環(huán)氧樹脂和Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料電性能的影響。Al2O3/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的體積電阻率、介質(zhì)損耗角正切(tanδ)和介電強(qiáng)度和分別為1013Ω·m、10-3和25 MV·m-1左右，基本不受Vf的影響。隨Vf增加，Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的tanδ增加，介電強(qiáng)度和體積電阻率下降。這可能是由于復(fù)合材料中的Sn57Bi43金屬導(dǎo)體導(dǎo)致漏導(dǎo)損耗和極化損耗的原因。當(dāng)Vf=60vol%時(shí)，Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的體積電阻率為8.6×1011Ω·m，仍具有電絕緣性(體積電阻率≥1011Ω·m)。通常，在導(dǎo)電粒子填充樹脂基復(fù)合材料中，當(dāng)粒子之間開始相互接觸，形成逾滲網(wǎng)絡(luò)時(shí)，體系的電阻率將急劇下降，甚至由絕緣體向半導(dǎo)體或?qū)w轉(zhuǎn)變。在本文中，Sn57Bi43的含量很低，不足以形成導(dǎo)電逾滲網(wǎng)絡(luò)。另外，電絕緣性基體及Al2O3產(chǎn)生的隧穿勢(shì)壘也阻礙了電子傳遞。

表6 填料體積含量對(duì)Al2O3/環(huán)氧樹脂和Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料電性能的影響Table 6 Effects of filler volume fraction on electric properties of Al2O3/epoxy and Al2O3-Sn57Bi43/epoxy composites

3 結(jié) 論

(1) 采用共還原法，在Al2O3表面沉積低熔點(diǎn)納米錫鉍合金顆粒(Sn57Bi43)，制備了雜化材料(Al2O3-Sn57Bi43)，用于環(huán)氧樹脂的導(dǎo)熱絕緣填料。當(dāng)環(huán)氧樹脂受熱固化時(shí)，Al2O3-Sn57Bi43表面Sn57Bi43熔融，將填料相互連接而形成有效的導(dǎo)熱通路，提高復(fù)合體系導(dǎo)熱性能。當(dāng)填料體積含量為60vol%時(shí)，Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)為2.95 W·(m·K)-1，比Al2O3/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)(1.82 W·(m·K)-1)提高了62.1%。

(2) Fogyel 模型分析表明，Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的填料間接觸熱阻(Rc)為8.35×104K·W-1，明顯小于Al2O3/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的Rc=1.17×105K·W-1；Agari模型分析表明，Al2O3-Sn57Bi43比Al2O3更容易在環(huán)氧樹脂基體中相互連接形成導(dǎo)熱鏈。

book=6117,ebook=149(3) 隨填料體積含量增加，Al2O3/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的拉伸斷裂強(qiáng)度及拉伸斷裂伸長(zhǎng)率下降，而Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的拉伸斷裂強(qiáng)度及拉伸斷裂伸長(zhǎng)率提高。與Al2O3/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料相比，Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的介質(zhì)損耗增加，介電強(qiáng)度和體積電阻率下降。當(dāng)填料體積含量為60vol%時(shí)，Al2O3-Sn57Bi43/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的體積電阻率為1011Ω·m，低于Al2O3/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的體積電阻率(1013Ω·m)，但仍具有電絕緣性能。

[7]OUYANG Y G, DING F, BAI L Y, et al.Design of network Al2O3spheres for significantly enhanced thermal conductivity of polymer composites[J].Composites Part A:Applied Science and Manufacturing，2020，128：105673.