导热材料：球形氧化铝到底好在哪里？
球形氧化铝具有高导热、流动性好、绝缘性好等独特性质，被广泛用作导热界面材料、导热工程塑料以及铝基覆铜板的导热填料。
01 球形氧化铝的前世今生
起源：铝土矿
自然界中含铝矿物和岩石种类丰富，如铝土矿、页岩、明矾石、霞石正长岩、黏土、煤矸石、粉煤灰等，这些矿物及岩石都可以作为提取铝的原料，然而截至目前，唯一具有商业开采价值的原料只有铝土矿。铝土矿通常是指以一水软铝石、一水硬铝石、三水铝石为主要成分的矿物。
铝土矿主要分布在几内亚（储量74亿吨）、澳大利亚（储量62亿吨）和巴西（储量26亿吨）、牙买加（20亿吨），四国已探明铝土矿储量约占全球铝土矿总储量280亿吨的65%。从全球铝土矿储量角度来看，我国不属于铝土矿资源丰富的国家，铝土矿储量为9.8亿吨，主要分布在山西、贵州、广西和河南四省（山西41.6%、贵州17.1%、河南16.7%、广西15.5%）。
转化：氧化铝
铝土矿提炼氧化铝是一个经典的化工产业。目前，世界上95%的铝业公司都在使用拜耳法生产氧化铝，该方法由奥地利工程师卡尔·约瑟夫·拜耳初创于1887年。拜耳法工艺原理：用浓氢氧化钠溶液将铝土矿中的氧化铝水合物转化为铝酸钠，通过稀释和添加氢氧化铝晶种使氢氧化铝重新析出，剩余的铝酸钠溶液也叫母液重新用于处理下一批铝土矿。
图1 拜耳法经典工艺流程
氧化铝中主要杂质为硅、铁、钠，一部分是铝土矿中自身含有，一部分则是提炼工艺中引入的，特别是钠杂质。
后来根据铝土矿品位差异，衍生出烧结法、和拜耳法-烧结法联合法等多种工艺方法。
图2 铝土矿主流提炼工艺对比
氧化铝是现代工业中极为重要的基础原料。90%以上氧化铝被用作电解铝原料，通过冰晶石-氧化铝融盐电解法冶炼出金属铝，广泛应用到工业体系。
剩下10%氧化铝因为氧化铝多变的特性，被用到各种细分行业。例如：陶瓷、高温耐材、吸附催化、导热、光学等行业。
图3 氧化铝的相变过程
进阶：球形氧化铝
致密的晶体构型赋予α氧化铝优良的导热绝缘性能，特别是球形化后的氧化铝，成为了导热散热材料的主力军。
不同于氧化铝的电解应用，导热用氧化铝对钠杂质要求更高，因此适宜选用经煅烧加工的低钠氧化铝，其中钠含量低至300ppm以下。经火焰法高温熔融，氧化铝颗粒快速熔化收缩成球形微粒，再经分级、清洗、干燥等一系列精细处理工艺，最终制备出电子行业适用的球形氧化铝产品。
球形氧化铝工艺核心在于粉末的球形化及粒度、离子杂质的控制。球化效果直接影响到应用粘度，粒度波动也会影响导热配方导热性能的稳定性，离子杂质会干扰配方粘度，反应效果等。
02 球形氧化铝到底好在哪里？
球铝的形貌结构
先从形貌结构上让大家直观感受下角铝（不规则形貌氧化铝）和球铝的差异。
从图1中看到角铝的形貌不规则，有棱角，表面粗糙有气孔，粒度分布宽；从图2中看到球铝球形度好，无棱角，表面光滑无气孔，粒度分布更均一。
基于形貌结构的差异，在制胶和实际应用的过程中角铝因棱角锋利，更易磨蚀制胶设备和点胶设备；而球铝球形度好可以延长相关设备的使用寿命。
我们知道几何上相同体积下球体的表面积最小，因而球铝的比表面积注定小于角铝。以常规的5微米粉体为例给大家展示球铝这方面的优势。
表1 常规5微米角铝和球铝比表面积
从表1中看出相对于5微米的角铝，球铝的比表面积下降幅度达38%！伴随着比表面积的下降，应用到高分子树脂中时粘度也会随之下降！
到这里我们了解到了球铝的结构上的优势，那么在应用到球铝用量较大的有机硅体系中时，到底会有怎么样的表现呢？我们从单粉和复配两个角度进行展开。
单粉对比
以常规的5微米球铝和角铝为例介绍，结果见表2。
表2 单粉球铝和角铝粘度对比
注：粘度测试采用Anton Paar MCR302流变仪。
由表2可知在相同添加量下，球铝样品的粘度远远小于角铝样品的粘度；此外，在87%填充时球铝的粘度小于83%时角铝的粘度，而角铝在87%时已经无法制样成型，这显示出球铝优良的性能和极大的应用潜力。
复配对比
在相对高的导热率时填充量会更大，出于各方面性能的综合考虑，此时需要复配才可满足。复配就是采用大粉和小粉进行合理搭配以达到最佳的应用效果。
在此以常见的40微米球铝和5微米球铝/角铝分别复配为例，在填充率87.5%的条件下进行对比，实验结果见表3。
表3 复配对比
注：粘度测试采用Brookfield粘度计。
大粉为球铝小粉为角铝时粘度较大，且放置6天后出现粘度增长的现象，触变性也增加，这对粘度有较大要求的高端应用时存在极大风险；
而大小粉均为球铝时粘度较小，且放置后无增粘现象，可放心使用。
为什么球铝表现这么好？
除了上述的比表面积，粒子形状也有影响。含有导热填料的导热胶在流动时，内部的填料也一直在进行旋转运动，因而粒子的形状影响很大。形状越是偏离球形，影响就越大，因为旋转不同形状粒子所需的空间大小不同。而想获得更高的导热率就需要填充更多的填料，那么形状带来的影响将会进一步加大，表现为更高的粘度。因此球铝才表现的这么优异。
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