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CN107760278A - 用作热界面材料的组合物 - Google Patents

用作热界面材料的组合物 Download PDF

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CN107760278A
CN107760278A CN201610701277.6A CN201610701277A CN107760278A CN 107760278 A CN107760278 A CN 107760278A CN 201610701277 A CN201610701277 A CN 201610701277A CN 107760278 A CN107760278 A CN 107760278A
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CN
China
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composition
thermal interface
porous matrix
thermal conductivity
thermally conductive
Prior art date
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Application number
CN201610701277.6A
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English (en)
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曹珂钧
相飞
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EIDP Inc
Original Assignee
EI Du Pont de Nemours and Co
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/08—Materials not undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/14—Solid materials, e.g. powdery or granular

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Abstract

本发明涉及用作热界面材料的组合物，其包含多孔基体和填充在多孔基体的孔隙中的填充材料，其中所述填充材料包含约20‑80重量％的聚合物基材和约20‑80重量％的导热添加剂，且所述重量％是以填充材料的总重量计。

Description

用作热界面材料的组合物
技术领域
本发明涉及用作热界面材料的组合物，尤其涉及一种包含多孔基体和填充在多孔基体的孔隙中的填充材料的组合物，所述组合物具有改善的导热性。
背景技术
近年来，随着电子器件集成工艺的快速发展，电子器件的集成化程度越来越高，而器件体积却变得越来越小，其对散热的要求也越来越高。为了满足这些需要，各种散热方式被大量的运用，如利用风扇散热、水冷辅助散热和热管散热等方式，并取得一定的散热效果，但由于散热器与电子器件的接触界面并不平整，一般相互接触的只有不到10％的面积，没有理想的接触界面，从根本上极大地影响了电子器件向散热器进行热传导的效果，因此在散热器与电子器件的接触界面间增加导热系数较高的热界面材料来增加界面间的接触面积就显得十分必要。
传统的热界面材料是将一些导热系数较高的颗粒分散到聚合物材料中形成复合材料，如石墨、氮化硼、氧化硅、氧化铝、银或其它金属。此种材料的导热性能在很大程度上取决于聚合物载体的性质。其中以油脂、相变材料为载体的复合材料因其使用时为液态而能与热源表面浸润，故接触热阻较小，而以硅胶和橡胶为载体的复合材料的接触热阻就比较大。这些材料的一个普遍缺陷是整个复合材料的导热系数较小，约lW/mK，这已经越来越不能适应半导体集成化程度的提高对散热的需求，而增加聚合物载体中导热颗粒的含量到60重量％及以上时，使颗粒与颗粒尽量相互接触可以增加整个复合材料的导热系数，如某些特殊的界面材料的导热系数因此可达到2-5W/mK，但当聚合物载体中导热颗粒的含量增加到85重量％或者更高时会使聚合物失去所需的性能，如油脂会变硬，从而浸润效果会变差，橡胶也会变硬，从而失去柔韧性，这都会使热界面材料性能大大降低。
理想的热界面材料置于散热器与热源(即电子器件)之间，希望来自于热源的热量沿着热源和散热器的垂直方向通过热界面材料快速地传导到散热器上，降低热源的温度；同时也能沿着平行于热源和散热器的方向通过热界面材料快速扩散，避免局部过热产生热点而形成坏点；从而达到传热和匀热的双重目的，避免电子器件因散热不充分、温度过高，局部热量积聚而导致的性能降低、不稳定、或使用寿命缩短等问题。随着电子器件多功能化和小型化的趋势，电子器件工作时产生的能量密度越来越高，相应地，期望热界面材料的垂直向导热系数(即沿着热源和散热器的垂直方向)和平行向导热系数(即沿着平行于热源和散热器的方向)都大于或等于5W/mK。
根据热界面材料的组成、用于测量的形状、成型方法以及成型方法中应用的条件，热界面材料的导热系数可以有方向依赖性，即可以显示各向同性或各向异性。若采用熔融共混并热压的方式将聚合物基的热界面材料加工成型，导热填料随机的分散在聚合物中，所得到的热界面材料的导热系数是各向同性的，但是在各个方向都很低，约lW/mK，不能满足需求。若采用模具注塑成型的方式将聚合物基的热界面材料加工成型，热界面材料在加热后经过加压流入模具中，然后经过冷却成型，使得热界面材料成型后的导热系数呈现出各向异性的特点，热界面注塑时材料流动方向上的导热系数一般为约2-8W/mK,是垂直于材料流动方向的导热系数(约0.6-2W/mK)的3～10倍，也就是说，仅有一个方向上的导热系数大于5W/mK，所以无法同时满足导热和匀热的要求。
因此，需要可以提供一种导热各向同性的热界面材料，且其垂直向导热系数(即沿着热源和散热器的垂直方向)和平行向导热系数(即沿着平行于热源和散热器的方向)都大于或等于5W/mK。
发明内容
本发明提供了一种用作热界面材料的组合物，其包含：
(a)多孔基体；和
(b)填充在多孔基体的孔隙中的填充材料；
其中，所述填充材料包含约20-80重量％的聚合物基材和约20-80重量％的导热添加剂，所述重量％是以填充材料的总重量计。
本发明还提供了包含上述用作热界面材料的组合物的热界面组件。
本发明还提供了制造上述用作热界面材料的组合物的方法。
附图说明
图1显示本发明的用作热界面材料的组合物10的一个实施方案的剖视图，其包含：(a)多孔基体101和(b)填充在多孔基体的孔隙中的填充材料102，其中填充材料102包含聚合物基材102-1和导热添加剂102-2。
图2显示本发明的热界面组件20的一个实施方案的剖视图，其包含：散热器201、热源203和设置在所述热源和散热器之间的热界面装置202，其中，所述热界面装置202包含本发明的用作热界面材料的组合物，x方向代表平行于热源和散热器的方向，y方向代表沿着热源和散热器的垂直方向。
发明详述
如果没有另行指出，本说明书所提到的所有出版物、专利申请、专利以及其它参考文献通过引用将其整体明确地并入本说明书以用于所有目的，如同在此被充分公开一样。
除非另有定义，否则本说明书使用的所有技术与科学术语具有与本发明所属领域中的普通技术人员所通常理解的相同的含义。在有冲突的情况下，将以本说明书中的定义为准。
除非另有说明，所有的百分比、份数、比率等都以重量计。
如本说明书中所用，“由......制备”这一术语与术语“包含”同义。如本说明书中所用，术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或它们的任何其它变型旨在于覆盖非排他性的包含物。例如，包含一系列要素的组合物、工艺、方法、制品或仪器不一定仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或者是这种组合物、工艺、方法、制品或仪器所固有的其它要素。
连接词“由......组成”不包括任何未指明的要素、步骤或成分。如果是在权利要求书中，除了通常与其伴随的杂质之外，这种连接词将使权利要求书封闭至所列举的材料。当“由......组成”这一短语出现在权利要求书的特征部分的从句中而不是紧接着前序部分时，其仅仅限制在该从句中所列出的要素；其它要素并不排除于权利要求书的整体之外。连接词“基本上由......组成”用于限定组合物、方法或仪器，其包括除了那些字面上所讨论之外的材料、步骤、特征、组分或要素，前提是这些附加的材料、步骤、特征、组分或要素不实质性地影响要求保护的发明的基本的与新颖的特征。术语“基本上由......组成”位于“包含”与“由......组成”之间的中间范围。
术语“包含”包括由“基本上由......组成”与“由......组成”的术语涵盖的实施方案。类似地，术语“基本上由......组成”包括术语“由...组成”涵盖的实施方案。
当数量、浓度或其它值或参数是作为范围、优选范围或优选上限值与优选下限值的列表给出时，应当理解为具体公开了任何一对范围上限或优选值与范围下限或优选值所形成的所有范围，无论范围是否被单独披露。例如，当列举“1-5”的范围时，所公开的范围应理解为包括“1-4”、“1-3”、“1-2”、“1-2以及4-5”、“1-3以及5”等等。在本说明书中列举数值范围时，除非另有说明，所述范围意在包括范围的端点以及在范围之内的所有整数和分数。
当使用术语“约”描述值或范围的端点时，本公开内容应被理解为包括所指的特定值或端点。
此外，除非明确有相反的说明，“或”指包含性的“或”，而不是排他性的“或”。例如，以下任意一条都满足A“或”B的条件：A为真(或存在)且B为假(或不存在)、A为假(或不存在)且B为真(或存在)、以及A与B均为真(存在)。
在本发明的发明内容部分中所述的本发明的实施方案包括本说明书所述的任何其它实施方案，并能够以任何方式组合，并且在实施方案中的主题描述不仅涉及本发明的组合物，还涉及包含该组合物的热界面组件。
本发明详细描述如下。
本发明的用作热界面材料的组合物包含：(a)多孔基体和(b)填充在多孔材料的孔隙中的填充材料，其中填充材料包含聚合物基材和导热添加剂，本发明的用作热界面材料的组合物的一个实施方案图示于图1中。
(a)多孔基体
在本发明中，所述多孔基体(a)是一种由相互贯通或封闭的孔隙构成一、二或三维空间网状结构的材料；优选为由相互贯通的孔隙构成空间网状结构的材料，即通孔材料。
所述多孔基体的孔径，即孔隙的直径，为约50-3000μm，或约150-800μm，或约300-500μm。所述孔隙的形状可以是任意形状，例如圆形、方形、多边形、或不规则形状。所述多孔基体的孔隙率为至少70％，或至少80％，此处孔隙率(Porosity)是表征多孔基体的孔隙部分的物理量，定义为孔隙的体积与多孔基体的总体积的比率，用百分数表示，为0到100％之间。所述多孔基体的体积密度为约0.1-1g/cm3，此处体积密度是指多孔基体的在自然状态下的单位体积的重量。
适合于本发明的组合物的多孔基体可以是由选自铜、铝、银、金、铁、钢、及其合金的金属材料制得的泡沫金属，优选为由铜制得的泡沫金属。在本发明的一个实施例中，本发明的组合物的多孔基体为通孔的泡沫金属。
适合于本发明的泡沫金属可以由本领域中任何常规的已知方法制得，具体的，由封闭的孔隙构成的闭孔泡沫金属可通过发泡工艺获得，如熔体发泡法、直接喷吹气体发泡法、金属粉末与发泡剂混合体致密化发泡法；由相互贯通的孔隙构成的通孔泡沫金属可以通过渗流铸造、沉积、粉末松装烧结、添加造孔剂的工艺获得，如首先获得多孔预制件，预制件可为盐(NaC1)的烧结体或多孔塑料等，然后利用多孔预制件进行渗流、沉积、烧结等工艺，获得通孔金属泡沫。
适合于本发明的组合物中的多孔基体还可以是由非金属材料制得多孔基体，如泡沫碳、泡沫陶瓷、或由选自聚硅氧烷、聚氨酯、聚乙烯、橡胶、乙烯醋酸乙烯共聚物、及其混合物制得泡沫聚合物。其中适合于本发明的泡沫陶瓷可以是泡沫氧化铝、泡沫氧化锆、泡沫碳化硅、或泡沫氮化硅。在本发明的一个实施例中，本发明的组合物的多孔基体为泡沫聚硅氧烷。
适合于本发明的泡沫碳可以以本领域中任何常规的已知方法制得，例如有机前驱体加压发泡法或模板法。适合于本发明的泡沫陶瓷可以以本领域中任何常规的已知方法制得，例如发泡法、溶胶凝胶法、添加造孔剂法、或有机前驱体浸渍法。适合于本发明的泡沫聚合物可以以本领域中任何常规的已知方法，例如发泡工艺，制得，其中发泡剂可以是化学发泡剂、气体、或水，例如制备硅氧烷多孔材料时，可以首先使流体，如二氧化碳、氮气、或氯氟烷，在压力下浸入硅氧烷嵌段共聚物的嵌段中一段时间以形成流体饱和的硅氧烷嵌段共聚物，该流体溶解在硅氧烷嵌段共聚物中，当移除压力时成核并生长形成硅氧烷多孔材料，所用的流体可以是气态、液态或超临界的形式。
适用于本发明的多孔基体是可商购的，例如购自上海众维新型材料有限公司的牌号为Cu-10的泡沫铜产品、购自昆山嘉亿盛电子新型材料有限公司的牌号为JYS01的泡沫铜产品、或购自上海众汇泡沫铝材有限公司的泡沫铝、购自湖南九华碳素高科有限公司的泡沫碳、购自保定宁信新型材料有限公司的泡沫碳化硅和泡沫氧化铝、购自中源瓷业有限公司的泡沫碳化硅、或购自常州发德塑胶制品厂的泡沫乙烯醋酸乙烯共聚物。
填充材料(b)
在本发明中，用作热界面材料的组合物还包含填充在多孔基体的孔隙中的填充材料(b)，所述填充材料包含约20-80重量％的聚合物基材和约20-80重量％的导热添加剂，或包含约25-75重量％的聚合物基材和约25-75重量％的导热添加剂，所述重量％是以填充材料的总重量计。
用于本发明的组合物中的聚合物基材可选自乙烯甲基丙烯酸共聚物、乙烯醋酸乙烯酯共聚物、乙烯丙烯酸共聚物弹性体、含氟弹性体，以及它们的混合物。
在本发明的一个实施例中，用于本发明的的组合物的聚合物基材为乙烯甲基丙烯酸共聚物。
在本发明的另一个实施例中，用于本发明的组合物的聚合物基材为乙烯醋酸乙烯酯共聚物。
在本发明的再一个实施例中，用于本发明的的组合物聚合物基材为乙烯丙烯酸共聚物和含氟弹性体的混合物，其包含约10-40重量％的乙烯丙烯酸共聚物和约60-90重量％的含氟弹性体，所述重量％是以乙烯丙烯酸共聚物和含氟弹性体的混合物的总重量计。所述含氟弹性体包含至少约53重量％的氟，具体的，适合本发明的含氟弹性体包含以下共聚单元：偏二氟乙烯和至少一种选自六氟丙烯、四氟乙烯、4-溴-3,3,4,4-四氟丁烯-1、4-碘-3,3,4,4-四氟丁烯-1、全氟(甲基乙烯基)醚、1,1,3,3,3-五氟丙烯、或其混合物的其它含氟单体。
适合本发明的组合物的聚合物基材可商购的，例如获自杜邦公司(E.I.du PontNemours and Company.Inc.)(在下文中缩写为“杜邦”)的牌号为 40W的乙烯醋酸乙烯酯共聚物、牌号为 599的乙烯甲基丙烯酸共聚物、牌号为DP的乙烯丙烯酸共聚物弹性体、或或牌号为 GF200s的含氟弹性体，购自住友化学株式会社的牌号为RB-11的乙烯醋酸乙烯酯共聚物，或购自台湾聚合化学品股份有限公司的牌号为 653-04的乙烯醋酸乙烯酯共聚物。
可选的，所述填充材料中还可以包含其他添加剂，如交联剂、抗氧化剂。在本发明的一个实施例中，本发明的组合物的填充材料中还包含约0.1-5重量％的交联剂，所述重量％是以填充材料中的聚合物基材的重量计。其中所述交联剂可以是1,1-二(叔丁基过氧)-3,3,5-三甲基环己烷和/或过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯。
适用于本发明的组合物中的导热添加剂可选自膨胀石墨、纳米石墨片、碳纤维、金属粒子、及其混合物，优选为膨胀石墨、纳米石墨片、及其混合物。
在本发明的一个实施例中，用于本发明的的组合物的导热添加剂是膨胀石墨，所述膨胀石墨的长度为200-500μm，宽度为50-800μm，堆积密度为不大于0.2g/cm3。所述膨胀石墨可以由可膨胀石墨制得，例如将可膨胀石墨放置在空气或惰性气体中，加热到约400-1000℃后并保温约5-10分钟制得。其中适用的可膨胀石墨为片状结构，其片内横向尺寸为约50-800μm，其厚度为约0.5-30μm。
在本发明的另一个实施例中，用于本发明的组合物的导热添加剂是纳米石墨片，所述纳米石墨片为片状结构，其厚度为约1-30nm，或约10-25nm，其片内横向尺寸为约1-15μm。此处所述片内横向尺寸是指沿着可膨胀石墨片层的表面或纳米石墨片片层的表面所具有的最大尺寸。
用于本发明的组合物中的导热添加剂是可商购的，例如购自宁波广博纳米新材料股份有限公司的银粒子或铜粒子、购自南京纬达复合材料有限公司的尺寸为325目的短切碳纤维粉、或购自南京吉仓纳米科技有限公司牌号为JCGNP10-5的纳米石墨片。用于制备膨胀石墨以用作导热添加剂的可膨胀石墨也是可商购的，例如购自青岛兴和石墨有限公司的可膨胀石墨、或购自保定埃可森碳素制品有限公司的尺寸为100目、200目、或50目的低硫处理可膨胀石墨。
用作热界面材料的组合物的制备
在本发明中对于制备上述用作热界面材料的组合物的方法没有具体限制，其可以为本领域中任何常规的已知方法。例如，所述方法可以包括以下步骤：(i)提供多孔基体、聚合物基材和导热添加剂；(ii)将聚合物基材和导热添加剂熔融共混后热压成片状的填充材料；(iii)将片状的填充材料置于多孔基体上，然后热压，使得填充材料压入多孔基体的孔隙中，得到本发明的用作热界面材料的组合物。
在本发明的一个实施例中，制造本发明的用作热界面材料的组合物的方法，包含以下步骤：
(i)提供多孔基体、聚合物基材和导热添加剂；
(ii)将聚合物基材和导热添加剂熔融共混后热压成片状的填充材料；和
(iii)将片状的填充材料置于多孔基体上，然后热压，使得填充材料压
入多孔基体的孔隙中，得到用作热界面材料的组合物；
其中，所述填充材料包含约20-80重量％的聚合物基材和约20-80重量％的导热添加剂，所述重量％是以填充材料的总重量计。
本发明还提供了热界面组件,所述热界面组件包含热源、散热器、和设置在所述热源和散热器之间的热界面装置，其中热界面装置包含上述用作热界面材料的组合物。图2显示本发明的热界面组件的一个实施方案的剖视图，其包含：散热器201、热源203和设置在所述热源和散热器之间的热界面装置202，其中，所述热界面装置202包含本发明的用作热界面材料的组合物，x方向代表平行于热源和散热器的方向，y方向代表沿着热源和散热器的垂直方向。所述热界面组件的热源可以是中央处理器单元(CPU)、图形处理器单元(GPU)、处理器集成散热器(IHS)、电源模块、或其它产生热量的电子器件。
如前所述，期望可获得一种导热系数各向同性且足够高的热界面材料，即垂直向导热系数(即沿着热源和散热器的垂直方向)和平行向导热系数(即沿着平行于热源和散热器的方向)都大于或等于5W/mK的热界面材料。在本发明中，可以通过将包含聚合物基材和导热填料的填充材料填充在多孔基体的孔隙中制得所需的组合物。与包含相同组分的聚合物基材和导热填料但不包含多孔基体的组合物相比，本发明的组合物的垂直向导热系数和平行向导热系数不但都大于5W/mK，且显示出垂直向导热系数增加了约50％或更多，优选地约100％或更多，更优选地约150％或更多。
无需进一步的阐述，相信使用前述描述，本领域技术人员能够将本发明利用至其最大程度。因此，以下实施例仅为说明性的，而不以任何方式限制本公开。
实施例
缩写“E”代表“实施例”，“CE”代表“比较例”，其后的数字表明组合物是在哪个实施例中制备。实施例和比较例均以相似的方式制备和测试。
材料
多孔基体(Cu foam)：通孔的泡沫铜，尺寸为5cm×5cm×1mm,其孔隙的直径为约300-500μm，孔隙率为约80％，构成孔隙的的单根铜丝的直径为约100-200μm，以牌号Cu-10购自上海众维新型材料有限公司。
聚合物基材-1(P-1)：乙烯甲基丙烯酸共聚物，以牌号 599获自杜邦公司。
聚合物基材-2(P-2)：乙烯醋酸乙烯酯共聚物，以牌号 40W获自杜邦公司。
聚合物基材-3(P-3)：约20重量％的乙烯丙烯酸共聚物弹性体和约80重量％的含氟弹性体的共混物，所述重量％是以乙烯丙烯酸共聚物弹性体和含氟弹性体的混合物的总重量计，其中乙烯丙烯酸共聚物弹性体是以牌号 DP获自杜邦公司，含氟弹性体是牌号是以 GF200s获自杜邦公司。
交联剂：过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯，CAS No.:3006-82-4,购自国药集团化学试剂有限公司。
导热添加剂-1(T-1)：膨胀石墨，蠕虫状多孔结构，长度为约80-5000μm，宽度为75μm，堆积密度为0.18g/cm3，由购自保定市艾可森碳素制品有限公司的规格为200目且片内横向尺寸为约75μm的低硫可膨胀石墨制得，将所购可膨胀石墨置于马弗炉中，在空气气氛下加热至400℃保持5分钟至体积不再发生变化，然后冷却到室温，即得到导热添加剂-1的膨胀石墨。
导热添加剂-2(T-2)：膨胀石墨，蠕虫状多孔结构，长度为约80-5000μm，宽度为150μm，堆积密度为0.1g/cm3，由购自保定市艾可森碳素制品有限公司的规格为100目且片内横向尺寸为约150μm的低硫可膨胀石墨制得，将所购可膨胀石墨置于马弗炉中，在空气气氛下加热至400℃保持5分钟至体积不再发生变化，然后冷却到室温，即得到导热添加剂-2的膨胀石墨。
导热添加剂-3(T-3)：膨胀石墨，蠕虫状多孔结构，长度为约80-5000μm，宽度为300μm，堆积密度为0.04g/cm3，由购自保定市艾可森碳素制品有限公司的规格为50目且片内横向尺寸为约300μm的低硫可膨胀石墨制得，将所购可膨胀石墨置于马弗炉中，在空气气氛下加热至400℃保持5分钟至体积不再发生变化，然后冷却到室温，即得到导热添加剂-3的膨胀石墨。
导热添加剂-4(T-4)：纳米石墨片，片內横向尺寸为约5μm，厚度为约15nm，以牌号JCGNP10-5购自南京吉仓纳米科技有限公司。
导热添加剂-5(T-5)：包含约60重量％的导热添加剂-3和约40重量％的锡铋(SnBi)合金粉的混合物，其中SnBi合金粉购自惠州市华源科技有限公司，其D50尺寸为约25μm。
制备E1-E12和CE1-CE12的组合物
1.制备CE2-CE5、CE7、CE8、CE10和CE12的组合物
将聚合物基材、交联剂和导热填料按照表1-3中设定的比例放入密炼机(Mixer350E，Plasti-Corder Lab-Station，Brabender GmbH&Co.KG)中在约40℃的条件下熔融混合，然后将所得混合物物用平板热压机(GT-7014-A,GOTECH testing Machines Inc)在空气氛围中约90℃的条件下热压成为1mm厚度的片材，并将其切割成平面尺寸为5cm×5cm，得到尺寸为5cm×5cm×1mm的片状组合物。
2.制备CE1、CE6、CE9、CE11和E1-E12的组合物
将聚合物基材、交联剂和可选的导热填料按照表1-3中设定的比例放入密炼机(Mixer 350E，Plasti-Corder Lab-Station，Brabender GmbH&Co.KG)中在约40℃的条件下熔融混合，得到填充组合物，然后将所得的填充组合物用平板热压机(GT-7014-A,GOTECHtesting Machines Inc)在空气氛围中约90℃的条件下热压成为约1mm厚度的片材，并切割成平面尺寸为5cm×5cm，得到尺寸为5cm×5cm×1mm的片状填充材料。将上述制备好的尺寸为5cm×5cm×1mm的片状填充材料置于在尺寸为5cm×5cm×1mm的通孔的泡沫铜上，使得片状填充材料的5cm×5cm的平面完全覆盖在泡沫铜的5cm×5cm的平面上，然后使用平板热压机(GT-7014-A，GOTECH testing Machines Inc)在空气氛围下将片状填充材料加热至100℃，用0.1MP的压力热压10分钟，使得片状填充材料熔融并被完全压入泡沫金属铜的孔隙中；然后升高温度至150℃度，在0.1MPa的压力下继续热压15分钟后，从热压机中取出并自然冷却到室温，得到相应的的组合物。
测试方法
将E1-12和CE1-CE12所得的组合物切割成直径为2.5mm、厚度为1mm的圆盘形片材，上下表面均匀喷涂石墨粉，按照ASTM E1461的方法，采用激光导热仪(LFA 447， GmbH)来测量样品的面内导热系数λ∥(W/mK)，即其用于热界面组件中时的平行向导热系数(即沿着平行于热源和散热器的方向)。
将E1-12和CE1-CE12所得的组合物切割成直径为6mm、厚度为1mm的圆盘形片材，上下表面均匀喷涂石墨粉，按照ASTM E1461的方法，采用激光导热仪(LFA 447， GmbH)来测量样品的过面导热系数λ⊥(W/mK)，即其用于热界面组件中时的垂直向导热系数(即沿着垂直于热源和散热器的方向)。
垂直向导热系数的改善(Δλ⊥％)是通过下式计算：
Δλ⊥％＝[(λ⊥n-λ⊥0)/λ⊥0]×100
其中λ⊥0为参考例的λ值；λ⊥n为用于比较的实例的λ⊥值。
表1
“a”表明CE2为用于E1-E3的改善计算的参考例；“b”表明CE3用于E4和E5的改善计算的参考例；“c”表明CE4为用于E6的改善计算的参考例；“d”表明CE5用于E7和E8的改善计算的参考例；“e”表明填充材料中还包含2重量％的交联剂过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯，所述重量％是以填充材料中的聚合物基材的重量计。
由表1的结果，以下叙述是明显的。
E2与CE2的导热系数数据之间的比较表明：将包含聚合物基材P-1(乙烯甲基丙烯酸共聚物)和导热添加剂T-1(膨胀石墨)的填充材料填充在多孔基体的孔隙中所制得的E2的组合物的垂直向导热系数比包含相同重量份的P-1和T-1的CE2的组合物的垂直向导热系数显著地增加了约474％。
E1与CE2的导热系数数据之间的比较表明：E1的组合物中引入了多孔基体，虽然其中T-1的含量仅为30重量％，但与T-1的含量为50重量％但不包含多孔基体的CE2的组合物相比，E1的组合物的垂直向导热系数不但没有降低，反而增加了约179％。
E3与CE2的导热系数数据之间的比较表明：E1的组合物中引入多孔基体且T-1的含量提高到70重量％，与T-1的含量为50重量％但不包含多孔基体的CE2的组合物相比，E3的组合物的垂直向导热系数显著地增加了约553％。
同样的，当导热添加剂改为其他尺寸的膨胀石墨，如T-2或者T-3，或改为纳米石墨片T-4时，相应的组合物的垂直向导热系数都得到了意想不到的增加。
具体的，E5与CE3的导热系数数据之间的比较表明：将包含P-1和T-2的填充材料填充在多孔基体的孔隙中制得的E5的组合物的垂直向导热系数比包含相同重量份的P-1和T-2的CE3的组合物的垂直向导热系数显著地增加了约472％。
E4与CE3的导热系数数据之间的比较表明：E4的组合物中引入多孔基体，虽然其中T-2的含量仅为30重量％，但与T-2的含量为50重量％但不包含多孔基体的CE3的组合物相比，E4的组合物的垂直向导热系数不但没有降低，反而增加了约180％。
E6与CE4的导热系数数据之间的比较表明：E6的组合物中引入多孔基体，虽然其中T-3的含量仅为30重量％，但与T-3的含量为50重量％但不包含多孔基体的CE4的组合物相比，E6的组合物的垂直向导热系数不但没有降低，反而增加了约223％。
E8与CE5的导热系数数据之间的比较表明：将包含P-1和T-4的填充材料填充在多孔基体的孔隙中制得的E8的组合物的垂直向导热系数比包含相同重量份的P-1和T-4的CE5的组合物的垂直向导热系数显著地增加了约531％。
E7与CE5的导热系数数据之间的比较表明：E7的组合物中引入多孔基体，虽然其中T-4的含量仅为30重量％，但与T-4的含量为50重量％但不包含多孔基体的CE3的组合物相比，E7的组合物的垂直向导热系数不但没有降低，反而增加了约323％。
上述结果表明，将包含聚合物基材和导热添加剂的填充材料填充在多孔基体的孔隙中所制得的组合物，与包含相同组分的聚合物基材和导热添加剂的填充材料但不包含多孔基体的组合物相比，其垂直向导热系数增加了至少470％或更多；即使将其中导热添加剂的含量降到30重量％，其垂直向导热系数也意想不到增加了至少179％或更多。
E1-E8与CE1的导热系数数据之间的比较也表明：将包含聚合物基材P-1和导热添加剂的填充材料填充在多孔基体的孔隙中制得E1-E8的组合物与仅包含P-1和多孔基体的CE1的组合物相比，其垂直向导热系数也从3.4W/mK显著地增加到了5.3-14.3W/mK，其平行向导热系数也从4.6W/mK显著地增加到了5.4-12.5W/mK。
E1-E8的导热系数数据还表明，通过将包含聚合物基材P-1和导热添加剂的填充材料填充在多孔基体的孔隙中，所发现的本发明的组合物的垂直向导热系数(即沿着垂直于热源和散热器的方向)都大于5W/mK；同时本发明的组合物的平行向导热系数也能保持在5W/mK以上,从而获得了所期望的导热系数各向同性且足够高的可用作热界面材料的组合物。
在本发明的一个实施例中，所述用作热界面材料的组合物包含：
(a)多孔基体；和
(b)填充在多孔基体的孔隙中的填充材料；
其中，
所述多孔基体是由铜制得的泡沫金属；
所述填充材料包含约25-75重量％的乙烯甲基丙烯酸共聚物和约25-75重量％的导热添加剂，所述重量％是以填充材料的总重量计；和
所述导热添加剂选自膨胀石墨、纳米石墨片、及其混合物。
表2
“a”表明CE7为用于E9的改善计算的参考例；“b”表明CE8用于E10的改善计算的参考例；“c”表明CE10为用于E11的改善计算的参考例；“d”表明表明填充材料中还包含2重量％的交联剂过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯，所述重量％是以填充材料中的聚合物基材的重量计。
由表2的结果，以下叙述是明显的。
E9与CE7、E10与CE8、E11和CE10的导热系数数据之间的比较表明：将包含聚合物基材P-2(乙烯醋酸乙烯酯共聚物)和导热添加剂T-3(膨胀石墨)的填充材料填充在多孔基体的孔隙中制得的E9-E11的组合物的垂直向导热系数比相应的包含相同重量份的P-2和T-3的组合物的垂直向导热系数意想不到地增加了约193％-1000％。
E9-E11与CE6的导热系数数据之间的比较也表明：将包含P-2和T-3的填充材料填充在多孔基体的孔隙中制得E9-E11的组合物与仅包含P-2和多孔基体的CE6的组合物相比，其垂直导热系数也从2.8W/mK显著地增加到了13.5-16.1W/mK，其平行向导热系数也从3.6W/mK显著地增加到了10.8-15.2W/mK。。
E9-E11的导热系数数据还表明，通过将包含P-2和T-3的填充材料填充在多孔基体的孔隙中，所发现的本发明的组合物的垂直向导热系数都大于10W/mK或更多；同时本发明的组合物的平行向导热系数也能保持在10W/mK以上,从而获得了所期望的导热系数各向同性且足够高的可用作热界面材料的组合物。
此外，CE9和E10的导热系数数据对比还表明：当导热添加剂T-3改为T-5，即包含约60重量％的T-3和约40重量％的锡铋(SnBi)合金粉的混合物，相应的组合物的垂直向导热系数降低到了4.6W/mK。
在本发明的一个实施例中，所述用作热界面材料的组合物包含：
(a)多孔基体；和
(b)填充在多孔基体的孔隙中的填充材料；
其中，所述多孔基体是由铜制得的泡沫金属；
所述填充材料包含约25-75重量％的乙烯醋酸乙烯酯共聚物和约25-75重量％的膨胀石墨，所述重量％是以填充材料的总重量计。
表3
“a”表明CE12为用于E12的改善计算的参考例；“b”表明表明填充材料中还包含2重量％的交联剂过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯，所述重量％是以填充材料中的聚合物基材的重量计。
由表3的结果，以下叙述是明显的
E12与CE12的导热系数数据之间的比较表明：将包含聚合物基材P-3和导热添加剂T-3(含量为50重量％)的填充材料填充在多孔基体的孔隙中制得的E1的组合物，与导热添加剂T-3的含量为30重量％但不包含多孔基体的CE12的组合物相比，E12的组合物的垂直向导热系数不但没有降低，反而意想不到地增加了约184％。
E12与CE11的导热系数数据之间的比较也表明：将包含P-3和T-3的填充材料填充在多孔基体的孔隙中制得E12的组合物与仅包含P-3和多孔基体的CE11的组合物相比，其垂直向导热系数也从4.4W/mK显著地增加到了7.1W/mK，其平行向导热系数也从4.8W/mK显著地增加到了10.2W/mK，即所发现的本发明的组合物的垂直向导热系数和平行向导热系数都大于7W/mK，从而获得了所期望的导热系数各向同性且足够高的可用作热界面材料的组合物。
在本发明的一个实施例中，所述用作热界面材料的组合物包含：
(a)多孔基体；和
(b)填充在多孔基体的孔隙中的填充材料；
其中，所述多孔基体是由铜制得的泡沫金属；
所述填充材料包含约25-75重量％的聚合物基材和约25-75重量％的膨胀石墨，所述重量％是以填充材料的总重量计；
和所述聚合物基材包含约10-40重量％的乙烯丙烯酸共聚物和约60-90重量％的含氟弹性体，所述重量％是以乙烯丙烯酸共聚物和含氟弹性体的混合物的总重量计。
尽管已在典型的实施方案中解释和描述了本发明，但不意图将其限于所示的细节，这是由于可能有各种修改和替换而不脱离本发明的精神。因此，此处公开的本发明的修改和等同物可由本领域技术人员仅使用常规实验即获得，则认为所有的这样的修改和等同物是处于如以下权利要求限定的本发明的精神和范围内。

Claims (10)

1.一种用作热界面材料的组合物，其包含：
(a)多孔基体；和
(b)填充在多孔基体的孔隙中的填充材料；
其中：
所述填充材料包含20-80重量％的聚合物基材和20-80重量％的导热添加剂，所述重量％是以填充材料的总重量计。
2.如权利要求1所述的用作热界面材料的组合物，其中所述多孔基体是由选自铜、铝、银、金、铁、钢、及其合金的金属材料制得的泡沫金属。
3.如权利要求1所述的用作热界面材料的组合物，其中所述多孔基体具有至少70％的孔隙率和直径为50-3000μm的孔隙。
4.如权利要求1所述的用作热界面材料的组合物，其中所述聚合物基材选自乙烯甲基丙烯酸共聚物、乙烯醋酸乙烯酯共聚物、乙烯丙烯酸共聚物、含氟弹性体、及其混合物。
5.如权利要求1所述的用作热界面材料的组合物，其中所述导热添加剂选自膨胀石墨、纳米石墨片、碳纤维、金属粒子、及其混合物。
6.如权利要求1所述的用作热界面材料的组合物，其中所述导热添加剂是膨胀石墨，且所述膨胀石墨的长度为200-500μm，宽度为50-800μm，堆积密度为小于或等于0.2g/cm3。
7.如权利要求1所述的用作热界面材料的组合物，其中所述导热添加剂是纳米石墨片，且其厚度为1-30nm，其片内横向尺寸为1-10μm。
8.如权利要求1所述的用作热界面材料的组合物，其垂直向导热系数和平行向导热系数都为5.0W/mK或更高。
9.热界面组件，其包含热源、散热器、和设置在所述热源和散热器之间的热界面装置，所述热界面装置包含权利要求1-8任一所述的用作热界面材料的组合物。
10.制造权利要求1-8任一所述的用作热界面材料的组合物的方法，包含以下步骤：
(i)提供多孔基体、聚合物基材和导热添加剂；
(ii)将聚合物基材和导热添加剂熔融共混后,将其混合物热压成片状的填充材料；和
(iii)将片状的填充材料置于多孔基体上，然后热压，使得填充材料压入多孔基体的孔隙中，得到用作热界面材料的组合物；
其中：
所述填充材料包含20-80重量％的聚合物基材和20-80重量％的导热添加剂，所述重量％是以填充材料的总重量计。
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