Эластичная теплопроводящая композиция

08 3/10 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(73) Патентообладатель Козырко Василий Алексеевич(57 Эластичная теплопроводящая композиция, включающая силоксановый каучук и теплопроводящий компонент, содержащий порошок нитрида алюминия, отличающаяся тем, что теплопроводящий компонент дополнительно содержит порошок оксида иттрия, взятый в количестве 0,1 - 6,0 от массы нитрида алюминия, и обработан взрывом с давлением во фронте ударной волны, равном 4,0 - 6,5 ГПа, а соотношение компонентов композиции составляет, мас. теплопроводящий компонент 20-80 силоксановый каучук 20-80.(56) 1. Патент США 4847221, МПК С 04 В 35/58, 1989. 2. Выложенная заявка Японии 1-396448, МПК С 08 101/00, С 08 К 3/28, 1989. 3. Патент США 5221339, МПК С 09 К 5/00, 1993 (прототип). Изобретение относится к области теплопроводящих диэлектрических материалов и может найти применение при изготовлении теплоотводящих прокладок полупроводниковых приборов. Известна теплопроводящая композиция из нитрида алюминия с добавкой оксида иттрия 1. Недостатком данной композиции является трудоемкость ее изготовления, требующего операции спекания в среде азота при температуре 1750 - 2000 С. Известна композиция - герметик для полупроводников 2, содержащая связующее на основе эпоксидных смол,фенольных и кремнийорганических соединений, и порошок нитрида алюминия в качестве наполнителя. Недостатком данной композиции является ее низкая теплопроводность, вследствие того, что примеси, присутствующие в кристаллической решетке нитрида алюминия, основная из которых - кислород, значительно снижают теплопроводность порошка нитрида алюминия, вследствие малого содержания наполнителя в композиции (до 50), а также вследствие низкой адгезии порошка нитрида алюминия к связующему. Кроме того, данная композиция обладает низкой эластичностью, что в соединении с полупроводниковым прибором уменьшает фактическую площадь контакта и снижает коэффициент теплопередачи от полупроводникового прибора к композиции. В качестве прототипа выбран теплопроводящий силиконовый компаунд 3, состоящий из 100 весовых частей органополисилоксана и 150 - 900 весовых частей порошкообразных неорганических материалов, А 2 О 3, 34, . Недостатком данного компаунда является его низкая теплопроводность менее 1,5 Вт/м град. Техническая задача, которую решает предлагаемое изобретение, заключается в повышении теплопроводности и эластичности композиции. Поставленная техническая задача решается тем, что теплопроводящий компонент, содержащий порошок нитрида алюминия и порошок оксида иттрия, взятый в количестве 0,1 - 6,0 мас от массы нитрида алюминия, предварительно обработан взрывом с давлением во фронте ударной волны Р 4,0 - 6,5 ГПа при следующем содержании компонентов,мас. теплопроводящий компонент - не более 80, силоксановый каучук - не менее 20. При обработке взрывом за счет межчастичного трения, а также адиабатического сжатия, работы по деформированию или разрушению частиц порошка, на поверхности частиц развиваются температуры, достаточные для появления жидкой 2400 1 фазы, являющейся результатом взаимодействия оксида иттрия с тонкой пленкой оксида алюминия и адсорбированным кислородом, всегда находящимся на частицах порошка нитрида алюминия. Под действием прохождения ударных волн и движущихся дислокаций имеющиеся в кристаллической решетке нитрида алюминия инородные примеси,в том числе кислород, выносятся на границы зерен, где через жидкую фазу взаимодействуют с оксидом иттрия. Процесс разрушения частиц, протекающий при обработке порошка взрывом, приводит к оголению границ зерен, увеличению площади контакта между жидкой фазой и частицами порошка, что приводит к интенсификации процесса удаления кислорода и других примесей из кристаллической решетки нитрида алюминия. При кристаллизации жидкой фазы образуется иттрий-алюминиевый гранат, который в отличие от кислорода, не снижает теплопроводность порошка нитрида алюминия. Кроме того, ударно-волновой обработкой переводится в высокоплотное поликристаллическое состояние, когда даже после помола он сохраняет высокую насыпную плотность и его массовую долю в композиции можно довести до 80. Теплопроводность композиции увеличивается за счет повышения теплопроводности наполнителя (порошок нитрида алюминия с добавкой оксида иттрия) и увеличения его процентного содержания в композиции (до 80), а также за счет повышения адгезии наполнителя к связующему, обусловленному активацией порошка нитрида алюминия взрывом. Эластичность композиции обеспечивается за счет применения в качестве связующего кремнийорганических соединений. Добавка оксида иттрия в количестве 0,1 - 6,0 связывает кислород, присутствующий в порошке нитрида алюминия. При увеличении содержания оксида иттрия свыше 6,0 происходит сегрегация жидкой фазы вплоть до того, что отдельные частицы нитрида алюминия оказываются полностью окруженными жидкой фазой и теплопроводность композиции снижается. Обработка взрывом наполнителя с Р 4,0 - 6,5 ГПа обеспечивает требуемую температуру для появления жидкой фазы и взаимодействия кислорода порошка с оксидом иттрия. При Р менее 4,0 ГПа температура на границах частиц недостаточна для образования жидкой фазы, кислород из кристаллической решетки нитрида алюминия не удаляется и и повышения теплопроводности не происходит. При Р более 6,5 ГПа порошок нитрида алюминия насыщается дефектами кристаллической решетки (дислокации, вакансии, межузельные атомы), что снижает его теплопроводность. Новым в предлагаемой композиции является порошок оксида иттрия в количестве 0,1 6,0, предварительно обработанный взрывом с порошком нитрида алюминия с давлением во фронте ударной волны 4,0 6,5 ГПа. Пример 1. Изготавливали композицию на основе силоксанового каучука (20 мас.) и теплопроводящего компонента(80 мас.), состоящего из порошка нитрида алюминия и оксида иттрия, предварительно обработанного взрывом. Состав и свойства композиции представлены в таблице. Теплопроводность композиции, Вт/мград Содержание оксида иттрия,0,1 3,0 6,0 7,0 Давление во фронте ударной волны, ГПа 4,0 5,0 6,5 24 25 25 26 27 26 26 30 28 27 28 27 25 25 25 Теплопроводность композиции по аналогу 2 - 25,1 Вт/мград. Теплопроводность композиции по прототипу 3 - 1,5 Вт/мград. Пример 2. Изготавливали композицию на основе силоксанового каучука (20 мас.) и теплопроводящего компонента (80 мас.), состоящего из порошка нитрида алюминия и оксида иттрия, предварительно обработанного взрывом. Состав и свойства композиции представлены в таблице 1. Независимо от процентного содержания оксида иттрия в наполнителе и давления во фронте ударной волны вязкость композиции без отвердителя каучука составила 2200 сст, а относительное удлинение композиции с отвердителем каучука - 70. Пример 3. Изготавливали композицию на основе силоксанового каучука (25 мас.) и теплопроводящего компонента (75 мас.), с содержанием порошка оксида иттрия 3 мас., предварительно обработанного взрывом с давлением во фронте ударной волны, равном 5 ГПа. Теплопроводность композиции составила 24 Вт/мград, вязкость композиции без отвердителя каучука составила 2000 сст, относительное удлинение композиции с отвердителем каучука - 76. Пример 4. Изготавливали композицию на основе силоксанового каучука (15 мас.) и теплопроводящего компонента (85 м.), с содержанием порошка оксида иттрия 3 мас., предварительно обработанного взрывом с давлением во фронте 2400 1 ударной волны, равном 5 ГПа. Композиция потеряла свои технологические свойства и не представляла возможности для ее промышленного применения. Пример 5. Изготавливали композицию на основе силоксанового каучука (80 мас.) и теплопроводящего компонента (20 мас.), с содержанием порошка оксида иттрия 3 мас ., предварительно обработанного взрывом с давлением во фронте ударной волны, равном 5 ГПа. Теплопроводность композиции составила 23,5 Вт/мград, вязкость композиции без отвердителя каучука составила 350 сст, относительное удлинение композиции с отвердителем каучука - 80. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 3