三维Si₃N₄-BN陶瓷框架的原位燃烧合成以增强环氧复合材料导热性

摘要

提出了一种基于原位燃烧合成的策略,以低成本的Si, B₂O₃和α-Si₃N₄粉末为反应前驱体,聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）为造孔剂,通过一步法快速制备出孔隙率可控的三维结构的Si₃N₄-BN陶瓷（3D-SNBN）框架.随后,采用真空抽滤法将环氧树脂（EP）浸渍填充至该多孔骨架中,构建了高性能的3D-SNBN/EP复合材料.实验结果表明,即使在3D-SNBN框架负载量（体积分数）仅为57.9%的条件下,复合材料的热导率仍高达6.4 W·m^-1·K^-1,比纯环氧树脂(0.22 W·m^-1·K^-1)和传统采用随机分散Si₃N₄-BN填料的复合材料(0.86 W·m^-1·K^-1)分别提升了2809%和644%.此外,该复合材料在加热与冷却过程中均表现出优异的动态热响应行为,展现出快速的升温与散热能力,进一步验证了其在实际热管理场景中的可靠性与应用潜力.这种高性能、可扩展的导热复合材料体系,为高导热聚合物基材料的设计与制备提供了普适性强、工艺简便的技术路径.

关键词

高热导率 / 聚合物复合材料 / 多孔Si₃N₄-BN陶瓷 / 原位燃烧合成 / 热管理