Теплопроводная кремнийорганическая паста Российский патент 2022 года по МПК C09K5/00 C08L83/04 C09D5/34 C01B32/158 C08K3/13 B82Y30/00 

Предлагаемое к защите изобретение относится к области производства теплопроводных материалов. Так как эффективность переноса тепла зависит как от коэффициентов теплопроводности, так и от площадей соприкосновения поверхностей материалов, для обеспечения максимально возможного рассеяния тепла необходимо обеспечить плотный контакт между поверхностями. Наиболее оптимальным и широко используемым для этих целей в электронной технике (компьютерах, светильниках, усилителях и других устройствах) является применение теплопроводных паст.

Из патентной литературы известна теплопроводящая паста, в состав которой входит 40,0-60,0 вес.%, глицерина, 38,8-53,0 вес.% алюминиевой пудры и 1,7 вес.% антистатика (патент SU 919346, С09К 5/00)

Использование в качестве теплопроводящего наполнителя металлического алюминия имеет существенные недостатки. Поверхностные кислородсодержащие пленки на частицах металлического алюминиевого порошка резко снижает его теплопроводность, что в конечном результате ухудшает результативность данной сопрягающей пасты, применяемой для отвода тепла от теплонапряженного устройства. Кроме того, данная термопаста является токопроводящей. Также алюминиевая пудра имеет плохую смачиваемость в полярных растворителях, таких как глицерин.

Из технической литературы известны кремнийорганические теплопроводные пасты с керамическим наполнителем, например, термопаста КПТ-8 по ГОСТ 19783-74, наполнителем в которой является оксид цинка (ZnO). Стоит отметить, что в большинстве случаев термопасты с керамическим наполнителем не обладают высокой теплопроводностью (до 3,8 Вт/м⋅К), поэтому для увеличения теплофизических свойств к ним добавляют тонкоизмельченные металлические частицы, повышая тем самым теплопроводность до 10 Вт/м⋅К, что приводит к вышеназванным недостаткам.

В связи с вышесказанным и тем, что теплопроводность углерода в различных аллотропических модификациях составляет до 10 Вт/(м×°С), в настоящее время предлагается использовать в качестве наполнителя для теплопроводных паст синтетические алмазы, графит, углеродные нанотрубки.

Из научно-технической литературы известна теплопроводная паста на основе органического соединения - полиэтиленгликоля с добавлением нанотрубок (Статья «Carbon Nanotube Thermal Pastes for Improving Thermal Contacts», авторы Yunsheng Xu, Chia-Ken Leong, D.D.L. Chung, опубликована в Journal of Electronic Materials, Vol. 36, №9, 2007).

Недостатком указанной пасты является то, что при добавлении в неорганическое соединение углеродных нанотрубок в количестве более 0,3%об. теплопроводность пасты снижается, что показывают эксперименты.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении теплопроводности термопасты на основе кремнийорганического материала.

Технический результат достигается тем, что использование в теплопроводных пастах на основе органического соединения наполнителя в виде нанотрубок, обладающих большим коэффициентом теплопроводности (свыше 3000 Вт/м⋅К), позволит повысить теплопроводность пасты в 3,3 раза.

Это достигается тем, что в теплопроводной кремнийорганической пасте для сопряжения теплонапряженных устройств и деталей, содержащей в качестве наполнителя углеродные нанотрубки (УНТ), последние равномерно распределены в пасте в количестве от 0,1%об. до 0,2%об.

Пример 1

Берем теплопроводную кремнийорганическую пасту на основе, например, полидиметилсилоксана, без добавления в нее углеродных нанотрубок и, в соответствии с ГОСТ19783-74, измеряем коэффициент ее теплопроводности, значение которой записываем в таблицу 1-2,67 Вт/(м×°С).

Пример 2

Добавляем в кремнийорганическую пасту на основе, например, полидиметилсилоксана, углеродные нанотрубки в количестве 0,1% об. равномерно, путем перемешивания в течение 5-7 минут, распределяем ее в пасте, и производим измерение коэффициента ее теплопроводности, значение которой также заносим в таблицу 1-8,9 Вт/(м×°С).

Пример 3

Добавляем в кремнийорганическую пасту на основе, например, полидиметилсилоксана, углеродные нанотрубки в количестве 0,2% об. равномерно, как и в примере 2, распределяем ее в пасте, а затем производим измерение коэффициента ее теплопроводности, значение которой также заносим в таблицу 1-8,9 Вт/(м×°С).

Как видим из таблицы 1, при увеличении количества углеродных нанотрубок, например, 0,2% об. и более, коэффициент теплопроводности не растет, что делает добавление углеродных нанотрубок нецелесообразной тратой наполнителя, стоимость которого достаточно велика.

Предлагаемый для защиты вид теплопроводных пастах на основе органического соединения с наполнителем в виде нанотрубок, равномерно распределенных в пасте в количестве от 0,1% об. до 0,2% об., является одним из наиболее многообещающих направлений исследований. Это объясняется тем, что наличие даже незначительного количества углеродных нанотрубок в теплопроводной кремнийорганической пасте увеличивает такой параметр, как их теплопроводность, превосходящий показатели любого металлического или керамического наполнителя.

Изобретение относится к области производства теплопроводных материалов. Предложена теплопроводная кремнийорганическая паста на основе полидиметилсилоксана для сопряжения теплонапряженных устройств и деталей, содержащая в качестве наполнителя углеродные нанотрубки, отличающаяся тем, что последние с помощью перемешивания равномерно распределены в объёме пасты в количестве от 0,1% об. до 0,2% об. Технический результат – предлагаемый состав позволяет повысить теплопроводность термопасты на основе кремнийорганического материала. 1 табл., 3 пр.

Теплопроводная кремнийорганическая паста на основе полидиметилсилоксана для сопряжения теплонапряженных устройств и деталей, содержащая в качестве наполнителя углеродные нанотрубки, отличающаяся тем, что последние с помощью перемешивания равномерно распределены в объёме пасты в количестве от 0,1% об. до 0,2% об.