叠层结构BN_EP复合材料路的构建及电绝缘性能的研究.pdf

哈尔滨理工大学能源动力硕士学位论文

叠层结构BN/EP复合材料中导热通路的构建及电绝

缘性能的研究

摘要

无论电子元器件还是大型电力装备，都向着大功率、小型化、高性能的方

向快速发展，这一趋势掀起了巨大的技术浪潮。由此针对这些设备的发展趋势，

复合材料的性能被提出了更高的要求。因为性能急速发展的元器件以及大型电

力设备会产生更多的热，如果过多的热无法消散，势必会导致绝缘的老化以及

设备的损坏。因此用于封装等领域的复合材料的性能要求提高了。研究开发出

能够应用于工业生产的优良的高导热以及强绝缘性的复合材料具有非常重要的

意义。

导热材料多以聚合物为基体，而填料多为陶瓷类填料。而在聚合物中，环

氧树脂具备相对优异的导热性、可加工性和机械性。而在陶瓷类填料中，氮化

硼（BN）能够在保证优异导热性能的同时，也能够保证材料的绝缘性。因此本

文以环氧树脂（EP）作为基体，氮化硼纳米片（BNNS）、球状氮化硼（S-BN）

作为填料。通过将BNNS、S-BN与EP等材料共混，利用热压实现BNNS、S-BN

填料在复合材料中分层分布，进而构成叠层结构的复合材料，构成横向以及纵

向的导热网络，提升复合材料的性能。

为了探究调控客观变量的变化，对于复合材料的导热性能，以及电绝缘性

能产生影响的规律，本文改变中间层S-BN填料的含量、复合材料的层数、复

合材料的固化温度、固化的施加压力、以及预固化的时间。分别探究这五种客

观变量的改变对于复合材料的微观结构、热导率、变温电导、介电、击穿、差

示扫描量热（DSC）以及红外热成像的影响。结果显示随着S-BN含量的增加，

能谱表征的B元素密度越来越大，并且多层结构保证了良好的结合性。随着含

量、层数以及固化温度的提升，热导率逐渐增加至2.64W/(m·K)，DSC、红外

热成像也证明了这一点。复合材料也保证了相当的击穿强度，控制了制备成本，

降低了制备难度，拓展了导热绝缘材料在导热领域的实用性。

关键词叠层结构；氮化硼环氧复合材料；导热性能；绝缘性能

--I

哈尔滨理工大学能源动力硕士学位论文

ResearchonConstructionofThermalConduction

PathwayandElectricalInsulationPerformancein

BN/EPCompositeMaterialswithLayeredStructure

Abstract

Bothelectroniccomponentsandlarge-scalepowerequipmentarerapidly

developingtowardshigh-power,miniaturization,andhigh-performance,whichhas

sparkedahugetechnologicalwave.Inresponsetothedevelopmenttrendofthese

devices,higherrequirementshavebeenputforwardfortheperformanceof

compositematerials.Duetotherapiddevelopmentofcomponentsandlargepower

equipment,moreheatisgenerated.Ifexcessiveheatcannotbedissipated,itwill

inevitablyleadtoinsulationagingandequipmentdamage.Therefore,the

performancerequirementsforcompositematerialsusedinpackagingandotherfields

havebeenraised.Itisofgreatsignificancetoresearchanddevelopcomposite

materia