中国粉体网讯  近年来，电子电器小型化、精密化、高效化的趋势越来越明显，不需要额外使用能源、空间占用量小、不产生噪音的被动散热技术越来越受重视。

导热涂层是被动散热的重要方式，主要是通过在发热体和散热片上喷一层具有高热导率的涂层，让热量先以传导散热的方式到达涂层表面，再依靠涂层的导热、辐射的共同作用，快速将热量传递出去，达到迅速降温的目的。

石墨烯散热涂层应用，图源：中微纳

01 导热涂层分类

根据制备方法和材料体系，导热涂层可以分为三大类。

第一类包括以喷涂技术制备的金属基纯铜涂层、金属基金刚石/铜复合涂层、金属基纳米氧化铝-4%碳纳米管复合涂层、金属基石墨烯复合涂层。制备导热涂层的喷涂技术主要包括冷喷涂、超音速等离子喷涂和热喷涂技术。

第二类是以磁控溅射技术制备的金属基单层、复合SiC涂层以及Si基表面沉积的AlN涂层、DLC涂层。磁控溅射技术制备导热涂层时，通过调整涂层沉积温度、涂层厚度及优化界面结构等方式，可提高涂层的热导率，进而提高导热性能。

第三类是在非金属基硅脂、有机树脂中添加氧化铝/二氧化硅颗粒、氮化硅/氧化铝颗粒、氮化硼颗粒为填料制备的导热涂层。这主要是因为颗粒具有较高的热导率，可以更好地提高涂层的热导率。

02 导热涂层特点

相比传统的散热技术，导热涂层具有以下显著优势：

（1）导热涂层可以在不增加额外空间或重量的情况下提供有效的散热解决方案。对于电子设备来说，尤其是移动设备，轻薄和紧凑的设计至关重要。导热涂层可以实现高热传导效率的同时不增加设备尺寸和重量，为紧凑设计提供了可能。

（2）导热涂层具有较高的粘附性和耐久性。它们能够牢固地附着在基底材料上，并在长期使用中保持稳定的性能。这种耐久性使得导热涂层在各种恶劣环境条件下都能发挥良好的散热效果，使得电子设备和其他应用能够更加可靠和耐用。

（3）导热涂层具有灵活性和可调性。通过调整材料的成分和结构，导热涂层的热导率和其他性能可以根据具体应用的需要进行优化。这种灵活性使得导热涂层可以适应不同热管理需求，为各种不同的设备和系统提供定制化的散热解决方案。

（4）导热涂层的制备方法相对简单和成本效益高。相比传统的散热技术，如散热器和散热管，导热涂层的制备过程更加灵活和易于实施。

03 导热涂层制备技术

冷喷涂技术

冷喷涂技术具有喷涂温度低、涂层孔隙率低、涂层致密度高等特点，用其制备高导热涂层可以实现高热导率。这是因为空气是热的不良导体，其在封闭状态下的热导率只有0.023W/(m·K)，所以降低涂层的孔隙率，提高致密度有利于实现高热导率。

目前主要以铝合金为基体，喷涂纯铜粉末及铜复合粉末制备高导热涂层。

研究表明，通常厚涂层的热导率比薄涂层的热导率高，将涂层进行退火处理后，涂层的孔隙率进一步降低，致密度进一步提高，随着退火温度的升高，热导率也会相应的增加。

冷喷涂原理示意图

热喷涂技术

制备高导热涂层的热喷涂技术，主要有等离子喷涂技术、超音速火焰喷涂技术及爆炸喷涂技术。热喷涂基体材料不受限制，可以是金属和非金属，也能在各种各样基体材料上实现喷涂，操作流程较简便，但由于热喷涂涂层有着特殊的层状结构和若干微小气孔，涂层与底材的结合通常是机械方式，其结合强度较低。

目前喷涂粉末主要有铜粉、钨/铜混合粉末、金刚石/铜混合粉末、氧化铝粉末、氧化铝/碳纳米管混合粉末等，采用不同质量分数的混合粉末制备涂层会导致涂层的热导率不同。

热喷涂技术示意图

磁控溅射技术

磁控溅射能精准控制膜层厚度，既可以沉积金属膜层，也可以沉积非金属膜层、化合物膜层，只是通常气体离化率较低，溅射率需要提高。目前主要通过非平衡磁控溅射、真空磁控溅射、直流磁控溅射、高能脉冲磁控溅射及射频磁控溅射等磁控溅射技术沉积AlN、Ge、SiC薄膜，制备高导热涂层。

对于磁控溅射技术制备高导热涂层，沉积温度越高，则涂层致密度越高，从而提高涂层的整体热导率。此外，涂层厚度对热导率的影响也很大，随着涂层厚度的增加，热导率提高，但热导率不会随着涂层厚度一直增加。并且在制备过程中，涂层材料的结构对涂层的热导率也有一定的影响，通常晶体结构的热导率高于非晶体的热导率。

涂料技术

对于涂料技术制备高导热涂层，对热导率影响最大的因素是填料本身的热导率及填料的级配。通过添加具有高热导率的填料及调节混合填料之间的级配，可以有效地提高涂料涂覆后涂层整体的热导率。

但涂料技术制备导热涂层的热导率并不是特别的高，这可能是由于本身基体的热导率很低，添加具有高导热填料后，填料不能均匀地分布在基体中，不能形成完整的导热通路，降低涂层整体的热导率。理想的制备高导热涂层的涂料技术应选取高导热颗粒，并能在基体中分布均匀，通过一定的排布方式在基体中形成完整的导热通路。

参考来源：

林宁等：高导热涂层制备及其性能研究进展

任云鹏：石墨烯导热涂层材料制备及其固化动力学

刘海飞等：冷喷涂技术

丁纪斌等：热喷涂技术在新能源锅炉水冷壁防腐应用探究

（中国粉体网编辑整理/石语）

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