聚合物-無機物復合材料導熱性能的數(shù)值模擬.pdf

1、隨著集成電路的飛速發(fā)展,通過電子設備和電子灌封材料的單元功率耗散和熱流不斷的增大。高導熱聚合物／無機物復合材料具有高絕緣、低密度、高導熱和耐腐蝕等優(yōu)異性能而成為理想的電子灌封材料。有許多因素影響聚合物／無機物復合材料的導熱系數(shù),通過試驗的方法制備目標產(chǎn)品,需要消耗大量的原材料和時間,而數(shù)值模擬的方法能有效的降低試驗成本和減短復合材料的設計周期。本論文采用了數(shù)值模擬和實驗驗證相結(jié)合的方法來預測復合材料的導熱系數(shù),內(nèi)容如下:
　　

2、通過數(shù)值技術中的有限元分析方法研究了無機導熱填料填充聚合物基復合材料的導熱性能。用C++語言和MATLAB語言編程分別生成了球體與柱體填充的隨機分布模型、取向分布模型和周期性邊界條件模型。采用隨機序列吸附方法(RSA),建立的三維有限元隨機分布模型可以生成顆粒位置隨機分布、顆粒直徑和不同粒徑的比例任意調(diào)整的代表體積單元,能夠得到單一粒徑和多粒徑的模型。取向分布的模型,讓填料在熱傳導方向上排列,而其他方向上的填料和填料之間有一定的距離,距

3、離大小由顆粒填充體積比確定。滿足周期性邊界條件的模型,如果隨機生成的顆粒超出胞體的邊界則將其分割成若干塊,并移至所取胞體中相應的位置。利用ANSYS軟件對三維模型進行了有限元分析預測復合材料的導熱系數(shù),并且研究了填料結(jié)構(gòu)和尺寸、不同尺寸比例和填料在基體中的分布情況對復合材料導熱性能的影響。有限元方法模擬結(jié)果顯示:填料粒徑正態(tài)分布時,能夠在聚合物基體中有效堆積而提高填充量；兩種粒徑比例不同時,導熱系數(shù)也不同,大球徑的比例含量高時導熱復合材

4、料的導熱系數(shù)稍高；填料取向分布和高的長徑比能大大提高復合材料的導熱系數(shù)；周期性邊界條件模型的預測值比隨機分布模型的略高。
　　 制備了粒徑3μmAlN填充硅橡膠的復合材料,并測試了不同填充量下體系的導熱系數(shù),用以驗證所建模型的準確性。結(jié)果表明,灌封膠的導熱系數(shù)隨著AlN含量的增加而增大,當填料質(zhì)量比超過50％時增加的幅度越來越大,與模型的模擬結(jié)果十分接近,證明本文所建模型能夠較精確地預測無機填料填充的復合材料的導熱系數(shù)。另外還發(fā)