JP7435294B2 - High thermal conductivity grease composition - Google Patents
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Description
本発明は、高熱伝導性グリース組成物に関し、より詳しくは、熱伝導性フィラーを含有する高熱伝導性グリース組成物に関する。 The present invention relates to a highly thermally conductive grease composition, and more particularly to a highly thermally conductive grease composition containing a thermally conductive filler.
マトリックスオイル中に熱伝導性粒子が分散したグリース組成物は熱伝導性に優れており、発熱した電子部品から、熱を冷却部材へ伝導させるための熱伝導材料や熱を取り除くための放熱材料として有用である。 Grease compositions in which thermally conductive particles are dispersed in matrix oil have excellent thermal conductivity, and can be used as heat conductive materials to conduct heat from electronic components that generate heat to cooling components, and as heat dissipation materials to remove heat. Useful.
このようなグリース組成物として、例えば、特開2000-169873号公報(特許文献1)には、平均粒径が0.5~5μmの窒化アルミニウム粉末αと平均粒径が6~20μmの窒化アルミニウム粉末βの2種類の窒化アルミニウム粉末が混合後の平均粒径が1~10μmとなるように混合された窒化アルミニウム粉末混合物と、オルガノポリシロキサンと、平均粒径が0.5~100μmの、酸化亜鉛、アルミナ、窒化ホウ素及び炭化ケイ素からなる群から選択される少なくとも1種の無機化合物粉末と、を含有するシリコーングリース組成物が開示されている。 As such a grease composition, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-169873 (Patent Document 1) discloses aluminum nitride powder α having an average particle size of 0.5 to 5 μm and aluminum nitride powder having an average particle size of 6 to 20 μm. An aluminum nitride powder mixture in which two types of aluminum nitride powder (powder β) have an average particle size of 1 to 10 μm after mixing, an organopolysiloxane, and an oxidized mixture having an average particle size of 0.5 to 100 μm A silicone grease composition containing at least one inorganic compound powder selected from the group consisting of zinc, alumina, boron nitride, and silicon carbide is disclosed.
また、特開2009-185212号公報(特許文献2)には、平均粒子径が15~30μmである熱伝導性材料(A)と、平均粒子径が1.0~5μmである熱伝導性材料(B)と、平均粒子径が0.1~0.9μmである熱伝導性材料(C)と、アルキル基で変性されたシリコーンオイルとを含有し、前記熱伝導性材料(A)、(B)及び(C)が金属アルミニウム、窒化アルミニウム及び酸化亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種である熱伝導性グリースが開示されている。 Furthermore, Japanese Patent Application Publication No. 2009-185212 (Patent Document 2) describes a thermally conductive material (A) with an average particle size of 15 to 30 μm, and a thermally conductive material (A) with an average particle size of 1.0 to 5 μm. (B), a thermally conductive material (C) having an average particle diameter of 0.1 to 0.9 μm, and a silicone oil modified with an alkyl group, the thermally conductive material (A), ( A thermally conductive grease is disclosed in which B) and (C) are at least one selected from the group consisting of metallic aluminum, aluminum nitride, and zinc oxide.
さらに、特開2010-242022号公報(特許文献3)には、(A)オルガノポリシロキサンと、(B)平均粒径が5~20μmの、アルミナ粉末及び窒化アルミニウム粉末のうちの少なくとも1種と、(C)平均粒径が0.5~5μmの、酸化亜鉛粉末及び水酸化アルミニウム粉末のうちの少なくとも1種とを含有する熱伝導性シリコーングリース組成物が開示されている。 Furthermore, JP 2010-242022A (Patent Document 3) discloses that (A) organopolysiloxane, and (B) at least one of alumina powder and aluminum nitride powder having an average particle size of 5 to 20 μm. , (C) a thermally conductive silicone grease composition containing at least one of zinc oxide powder and aluminum hydroxide powder having an average particle size of 0.5 to 5 μm.
また、特開2019-43804号公報(特許文献4)には、窒化ホウ素粉末と窒化アルミニウム粉末との混合物を圧縮しながら焼成することによって圧縮焼成体を作製し、この圧縮焼成体を粉砕することによって得られる、窒化ホウ素粒子と窒化アルミニウム粒子とを含有し、前記窒化アルミニウム粒子の外表面の50%以上が前記窒化ホウ素粒子の内部に包含され、かつ、前記窒化ホウ素粒子に当接した状態で形成されている複合粒子を含む熱伝導性フィラーが、マトリックスオイル中に分散している熱伝導性複合材料(グリース組成物)が開示されている。 Furthermore, JP 2019-43804 A (Patent Document 4) discloses that a mixture of boron nitride powder and aluminum nitride powder is fired while being compressed to produce a compressed fired body, and this compressed fired body is pulverized. containing boron nitride particles and aluminum nitride particles obtained by the above method, in which 50% or more of the outer surface of the aluminum nitride particles is contained inside the boron nitride particles and is in contact with the boron nitride particles. A thermally conductive composite material (grease composition) is disclosed in which a thermally conductive filler including formed composite particles is dispersed in a matrix oil.
しかしながら、特許文献1~4に記載のグリースは、熱伝導性が必ずしも十分に高いものではなく、未だ改良の余地があった。 However, the greases described in Patent Documents 1 to 4 do not necessarily have sufficiently high thermal conductivity, and there is still room for improvement.
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、熱伝導性に優れたグリース組成物を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art described above, and an object of the present invention is to provide a grease composition with excellent thermal conductivity.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、高熱伝導性粉末と非多孔性の六方晶窒化ホウ素粉末とホウ酸錯体との混合物を特定の圧力で圧縮成形した後、焼成し、得られた圧縮焼結体を粉砕することによって得られる、高熱伝導性粒子の表面の少なくとも一部に多孔性窒化ホウ素を介して六方晶窒化ホウ素粒子が結合した複合粒子を個数基準で40%以上含有する熱伝導性フィラーがマトリックスオイル中に分散しているグリース組成物に、さらに、酸化亜鉛粒子を分散させることによって、熱伝導性に優れたグリース組成物が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive research to achieve the above object, the present inventors found that after compression molding a mixture of a highly thermally conductive powder, a non-porous hexagonal boron nitride powder, and a boric acid complex at a specific pressure, Composite particles in which hexagonal boron nitride particles are bonded to at least part of the surface of highly thermally conductive particles via porous boron nitride, which are obtained by firing and pulverizing the obtained compacted sintered body. It has been discovered that a grease composition with excellent thermal conductivity can be obtained by further dispersing zinc oxide particles in a grease composition in which a thermally conductive filler containing 40% or more is dispersed in a matrix oil, The present invention has now been completed.
すなわち、本発明の高熱伝導性グリース組成物は、平均粒子径が0.2~100μmであり、熱伝導率が20W/mK以上である等方性の高熱伝導性粒子と、該高熱伝導性粒子の平均粒子径の0.01~5倍の平均粒子径を有する非多孔性の六方晶窒化ホウ素粒子と、多孔性窒化ホウ素とを含有し、前記六方晶窒化ホウ素粒子及び前記多孔性窒化ホウ素により形成される窒化ホウ素相の空隙率が10~50vol%である焼結体の粉砕物からなり、前記粉砕物中の全ての前記高熱伝導性粒子のうちの個数基準で40%以上の粒子が、該高熱伝導性粒子の表面の少なくとも一部に前記多孔性窒化ホウ素を介して前記六方晶窒化ホウ素粒子が結合した複合粒子を形成している熱伝導性フィラー、酸化亜鉛粒子、及びマトリックスオイルを含有し、前記熱伝導性フィラー及び酸化亜鉛粒子が前記マトリックスオイル中に分散していることを特徴とするものである。 That is, the high thermal conductive grease composition of the present invention comprises isotropic high thermal conductive particles having an average particle diameter of 0.2 to 100 μm and a thermal conductivity of 20 W/mK or more, and the high thermal conductive particles. contains non-porous hexagonal boron nitride particles having an average particle diameter of 0.01 to 5 times the average particle diameter of Consisting of a pulverized sintered body in which the porosity of the boron nitride phase formed is 10 to 50 vol%, 40% or more of the highly thermally conductive particles in the pulverized material are: Contains a thermally conductive filler, zinc oxide particles, and matrix oil forming composite particles in which the hexagonal boron nitride particles are bonded to at least a portion of the surface of the highly thermally conductive particles via the porous boron nitride. The thermally conductive filler and zinc oxide particles are dispersed in the matrix oil.
本発明の高熱伝導性グリース組成物においては、前記高熱伝導性粒子が窒化アルミニウム粒子、窒化ケイ素粒子、立方晶窒化ホウ素粒子、炭化ケイ素粒子、及びダイヤモンド粒子からなる群から選択される少なくとも1種の粒子であることが好ましく、また、前記熱伝導性フィラーが二峰性以上の粒度分布を有するものであることが好ましい。 In the highly thermally conductive grease composition of the present invention, the highly thermally conductive particles are at least one selected from the group consisting of aluminum nitride particles, silicon nitride particles, cubic boron nitride particles, silicon carbide particles, and diamond particles. It is preferable that the filler is a particle, and it is preferable that the thermally conductive filler has a bimodal or more particle size distribution.
また、本発明の高熱伝導性グリース組成物においては、前記酸化亜鉛粒子の平均粒子径が0.1~1μmであることが好ましく、また、前記マトリックスオイルがシリコーンオイル、変性シリコーンオイル、フルオロエーテルオイル、鉱物油、動植物性天然油、パラフィン及び合成油からなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。 Further, in the highly thermally conductive grease composition of the present invention, the average particle diameter of the zinc oxide particles is preferably 0.1 to 1 μm, and the matrix oil is silicone oil, modified silicone oil, fluoroether oil. The oil is preferably at least one selected from the group consisting of , mineral oil, natural animal and vegetable oil, paraffin and synthetic oil.
さらに、本発明の高熱伝導性グリース組成物は、真球状ナノ粒子を更に含有することが好ましい。 Furthermore, the highly thermally conductive grease composition of the present invention preferably further contains true spherical nanoparticles.
なお、本発明のグリース組成物が熱伝導性に優れている理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、熱伝導性フィラーをマトリックスオイル中に分散させたグリース組成物においては、フィラー粒子が接触した部位を通じて熱が伝達されるが、窒化アルミニウム粒子等の高熱伝導性粒子は粒子内熱抵抗が小さいという利点があるものの、概して硬い粒子であることから、粒子間接触する際に粒子が変形することなく、接触面積が小さい点接点となり、粒子間熱抵抗(界面熱抵抗)が大きくなる。 The reason why the grease composition of the present invention has excellent thermal conductivity is not necessarily clear, but the inventors of the present invention speculate as follows. In other words, in a grease composition in which a thermally conductive filler is dispersed in a matrix oil, heat is transferred through the areas in contact with the filler particles, but highly thermally conductive particles such as aluminum nitride particles have a small internal thermal resistance. However, since they are generally hard particles, the particles do not deform when they come into contact with each other, resulting in a point contact with a small contact area, resulting in a large interparticle thermal resistance (interfacial thermal resistance).
そこで、高熱伝導性粒子の中でも窒化ホウ素粒子が比較的軟らかい粒子であり、点接点よりは接触面積が大きくなり、粒子間熱抵抗(界面熱抵抗)が小さくなることから、従来のグリース組成物においては、前記高熱伝導性粒子と窒化ホウ素粒子とを併用することによって、接触面積を増加させ、粒子間熱抵抗を低下させていた。しかしながら、粒子間熱抵抗の低下は必ずしも十分なものではなかった。 Therefore, among highly thermally conductive particles, boron nitride particles are relatively soft particles, and the contact area is larger than that of point contacts, resulting in lower interparticle thermal resistance (interfacial thermal resistance). By using the high thermal conductivity particles and boron nitride particles together, the contact area was increased and the interparticle thermal resistance was reduced. However, the reduction in interparticle thermal resistance was not necessarily sufficient.
また、酸化亜鉛粒子が熱伝導性に優れていることから、従来のグリース組成物においては、前記高熱伝導性粒子と酸化亜鉛粒子とを併用することによって、多くの熱伝導パスを形成し、熱伝導性を向上させていた。しかしながら、前記高熱伝導性粒子と酸化亜鉛粒子との間の粒子間熱抵抗(界面熱抵抗)が大きいため、熱伝導性は必ずしも十分なものではなかった。 In addition, since zinc oxide particles have excellent thermal conductivity, in conventional grease compositions, by using the high thermal conductivity particles and zinc oxide particles together, many heat conduction paths are formed and heat is generated. It improved conductivity. However, since the interparticle thermal resistance (interfacial thermal resistance) between the highly thermally conductive particles and the zinc oxide particles is large, the thermal conductivity was not necessarily sufficient.
これに対して、本発明のグリース組成物においては、窒化アルミニウム粒子等の高熱伝導性粒子の表面の少なくとも一部に前記多孔性窒化ホウ素を介して前記六方晶窒化ホウ素粒子が結合した複合粒子を形成している熱伝導性フィラーが含まれている。ここで、前記多孔性窒化ホウ素は、前記高熱伝導性粒子と前記六方晶窒化ホウ素粒子とを高い結合力で結合するだけでなく、これらの粒子の接触面積を増大させる役割も備えている。このため、本発明のグリース組成物においては、前記高熱伝導性粒子と前記六方晶窒化ホウ素粒子との間の粒子間熱抵抗が更に小さくなると推察される。 On the other hand, in the grease composition of the present invention, composite particles in which the hexagonal boron nitride particles are bonded to at least part of the surface of highly thermally conductive particles such as aluminum nitride particles via the porous boron nitride are used. Contains a thermally conductive filler. Here, the porous boron nitride not only binds the high thermal conductivity particles and the hexagonal boron nitride particles with high bonding force, but also has the role of increasing the contact area of these particles. Therefore, in the grease composition of the present invention, it is presumed that the interparticle thermal resistance between the high thermal conductivity particles and the hexagonal boron nitride particles is further reduced.
また、本発明のグリース組成物においては、熱伝導性に優れた酸化亜鉛粒子が含まれているため、この酸化亜鉛粒子によって多くの熱伝導性パスが形成される。さらに、窒化ホウ素と酸化亜鉛との間の接触熱抵抗(界面熱抵抗)が小さいため、本発明のグリース組成物においては、前記酸化亜鉛粒子と前記六方晶窒化ホウ素粒子との間の粒子間熱抵抗も小さくなると推察される。 Furthermore, since the grease composition of the present invention contains zinc oxide particles having excellent thermal conductivity, many thermally conductive paths are formed by the zinc oxide particles. Furthermore, since the contact thermal resistance (interfacial thermal resistance) between boron nitride and zinc oxide is small, in the grease composition of the present invention, the interparticle heat between the zinc oxide particles and the hexagonal boron nitride particles is low. It is presumed that the resistance will also be reduced.
このように、本発明のグリース組成物においては、前記高熱伝導性粒子と前記六方晶窒化ホウ素粒子との間の粒子間熱抵抗が更に小さくなること、また、前記酸化亜鉛粒子によって多くの熱伝導性パスが形成されること、さらには、前記酸化亜鉛粒子と前記六方晶窒化ホウ素粒子との間の粒子間熱抵抗が小さくなることによって、熱伝導性が向上すると推察される。 As described above, in the grease composition of the present invention, the interparticle thermal resistance between the high thermal conductive particles and the hexagonal boron nitride particles is further reduced, and the zinc oxide particles provide a large amount of heat conduction. It is presumed that the thermal conductivity is improved by the formation of a magnetic path and by the reduction in interparticle thermal resistance between the zinc oxide particles and the hexagonal boron nitride particles.
本発明によれば、熱伝導性に優れたグリース組成物を得ることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to obtain a grease composition with excellent thermal conductivity.
以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail based on its preferred embodiments.
本発明の高熱伝導性グリース組成物は、熱伝導性フィラー、酸化亜鉛粒子、及びマトリックスオイルを含有するものであり、前記熱伝導性フィラー及び酸化亜鉛粒子が前記マトリックスオイル中に分散している。 The highly thermally conductive grease composition of the present invention contains a thermally conductive filler, zinc oxide particles, and matrix oil, and the thermally conductive filler and zinc oxide particles are dispersed in the matrix oil.
(熱伝導性フィラー)
本発明に用いられる熱伝導性フィラーは、平均粒子径が0.2~100μmであり、熱伝導率が20W/mK以上である等方性の高熱伝導性粒子と、該高熱伝導性粒子の平均粒子径の0.01~5倍の平均粒子径を有する非多孔性の六方晶窒化ホウ素粒子と、多孔性窒化ホウ素とを含有し、前記六方晶窒化ホウ素粒子及び前記多孔性窒化ホウ素により形成される窒化ホウ素相の空隙率が10~50vol%である焼結体の粉砕物からなるものである。また、この熱伝導性フィラーにおいては、前記粉砕物中の全ての前記高熱伝導性粒子のうちの個数基準で40%以上の粒子が、該高熱伝導性粒子の表面の少なくとも一部に前記多孔性窒化ホウ素を介して前記六方晶窒化ホウ素粒子が結合した複合粒子を形成している。
(thermal conductive filler)
The thermally conductive filler used in the present invention includes isotropic highly thermally conductive particles having an average particle diameter of 0.2 to 100 μm and a thermal conductivity of 20 W/mK or more, and an average of the highly thermally conductive particles. It contains non-porous hexagonal boron nitride particles having an average particle diameter of 0.01 to 5 times the particle diameter and porous boron nitride, and is formed by the hexagonal boron nitride particles and the porous boron nitride. It is made of a pulverized sintered body in which the porosity of the boron nitride phase is 10 to 50 vol%. Further, in this thermally conductive filler, 40% or more of all the highly thermally conductive particles in the pulverized material have the porous structure on at least a part of the surface of the highly thermally conductive particles. The hexagonal boron nitride particles are bonded together via boron nitride to form composite particles.
本発明に用いられる高熱伝導性粒子としては、熱伝導率が20W/mK以上の等方性の熱伝導性粒子であれば特に制限はなく、例えば、窒化アルミニウム粒子、窒化ケイ素粒子、立方晶窒化ホウ素粒子、酸化アルミニウム粒子、酸化亜鉛粒子、炭化ケイ素粒子、ダイヤモンド粒子が挙げられる。これらの高熱伝導性粒子は1種を単独で使用しても2種以上を併用してもよい。また、これらの高熱伝導性粒子の中でも、焼結により前記六方晶窒化ホウ素粒子との間に密に接触した界面を形成でき、前記六方晶窒化ホウ素粒子との複合粒子が優れた熱伝導性を示すという観点から、窒化アルミニウム粒子、窒化ケイ素粒子、立方晶窒化ホウ素粒子、炭化ケイ素粒子、ダイヤモンド粒子が好ましく、窒化アルミニウム粒子が特に好ましい。なお、本明細書における熱伝導率とは、室温(20℃)における熱伝導率である。 The highly thermally conductive particles used in the present invention are not particularly limited as long as they are isotropic thermally conductive particles with a thermal conductivity of 20 W/mK or more, such as aluminum nitride particles, silicon nitride particles, cubic nitride particles, etc. Examples include boron particles, aluminum oxide particles, zinc oxide particles, silicon carbide particles, and diamond particles. These highly thermally conductive particles may be used alone or in combination of two or more. Furthermore, among these highly thermally conductive particles, sintering can form an interface in close contact with the hexagonal boron nitride particles, and composite particles with the hexagonal boron nitride particles have excellent thermal conductivity. From the viewpoint of showing, aluminum nitride particles, silicon nitride particles, cubic boron nitride particles, silicon carbide particles, and diamond particles are preferable, and aluminum nitride particles are particularly preferable. Note that the thermal conductivity in this specification is the thermal conductivity at room temperature (20° C.).
前記高熱伝導性粒子の平均粒子径は0.2~100μmである。前記高熱伝導性粒子の平均粒子径が前記下限未満になると、得られるグリース組成物において前記六方晶窒化ホウ素粒子と前記高熱伝導性粒子との間及び前記高熱伝導性粒子間の粒界数が増大するため全体の熱抵抗が増大する。他方、前記高熱伝導性粒子の平均粒子径が前記上限を超えると、得られるグリース組成物において熱伝導性フィラーの分散均一性及び充填率が低下して熱伝導性が低下する。また、同様の観点から、前記高熱伝導性粒子の平均粒子径としては、0.3~95μmが好ましく、0.5~90μmがより好ましく、0.5~50μmが更に好ましく、1~20μmが特に好ましい。なお、本発明において、前記高熱伝導性粒子の平均粒子径は、熱伝導性フィラーに含まれる全ての前記高熱伝導性粒子、すなわち、前記六方晶窒化ホウ素粒子との複合粒子を形成している前記高熱伝導性粒子と前記六方晶窒化ホウ素粒子と複合粒子を形成していない前記高熱伝導性粒子とを含む全ての前記高熱伝導性粒子の平均粒子径である。 The average particle diameter of the highly thermally conductive particles is 0.2 to 100 μm. When the average particle diameter of the highly thermally conductive particles is less than the lower limit, the number of grain boundaries between the hexagonal boron nitride particles and the highly thermally conductive particles and between the highly thermally conductive particles increases in the resulting grease composition. Therefore, the overall thermal resistance increases. On the other hand, if the average particle diameter of the highly thermally conductive particles exceeds the upper limit, the dispersion uniformity and filling rate of the thermally conductive filler in the resulting grease composition will decrease, resulting in a decrease in thermal conductivity. Further, from the same viewpoint, the average particle diameter of the highly thermally conductive particles is preferably 0.3 to 95 μm, more preferably 0.5 to 90 μm, even more preferably 0.5 to 50 μm, and particularly 1 to 20 μm. preferable. In the present invention, the average particle diameter of the highly thermally conductive particles is determined by the average particle diameter of all the highly thermally conductive particles contained in the thermally conductive filler, that is, the particles that form a composite particle with the hexagonal boron nitride particles. This is the average particle diameter of all the high thermal conductive particles including the high thermal conductive particles and the high thermal conductive particles that do not form composite particles with the hexagonal boron nitride particles.
なお、本明細書において、「平均粒子径」は、原料粉末等に関するカタログ値を除き、走査型電子顕微鏡(SEM)観察等により無作為に抽出した300個以上の粒子の粒子径の平均値を意味する。また、粒子が球形状(断面が円形状)でない場合には、粒子(断面)の外接円を想定し、その外接円の直径を粒子径とする。 In addition, in this specification, "average particle diameter" refers to the average value of the particle diameter of 300 or more particles randomly selected by scanning electron microscopy (SEM) observation, etc., excluding catalog values related to raw material powder etc. means. Furthermore, if the particle is not spherical (having a circular cross section), a circumcircle of the particle (cross section) is assumed, and the diameter of the circumscribed circle is defined as the particle diameter.
本発明に用いられる窒化ホウ素粒子は、非多孔性の六方晶窒化ホウ素粒子であり、熱伝導性に優れている。このような六方晶窒化ホウ素粒子の平均粒子径は、組合せて用いられる前記高熱伝導性粒子の平均粒子径の0.01~5倍である。前記六方晶窒化ホウ素粒子の平均粒子径が前記下限未満になると、得られるグリース組成物において前記六方晶窒化ホウ素粒子と前記高熱伝導性粒子との間、前記六方晶窒化ホウ素粒子と後述する酸化亜鉛粒子との間及び前記六方晶窒化ホウ素粒子間の粒界数が増大するため全体の熱抵抗が増大する。他方、前記六方晶窒化ホウ素粒子の平均粒子径が前記上限を超えると、得られるグリース組成物において熱伝導性フィラーの分散均一性及び充填率が低下して熱伝導性が低下する。また、同様の観点から、前記六方晶窒化ホウ素粒子の平均粒子径としては、組合せて用いられる前記高熱伝導性粒子の平均粒子径の0.03~3倍が好ましく、0.05~1倍がより好ましい。なお、本発明において、前記六方晶窒化ホウ素粒子の平均粒子径は、熱伝導性フィラーに含まれる全ての前記六方晶窒化ホウ素粒子、すなわち、前記高熱伝導性粒子との複合粒子を形成している前記六方晶窒化ホウ素粒子と前記高熱伝導性粒子と複合粒子を形成していない前記六方晶窒化ホウ素粒子とを含む全ての前記六方晶窒化ホウ素粒子の平均粒子径である。 The boron nitride particles used in the present invention are non-porous hexagonal boron nitride particles and have excellent thermal conductivity. The average particle diameter of such hexagonal boron nitride particles is 0.01 to 5 times the average particle diameter of the high thermal conductivity particles used in combination. When the average particle diameter of the hexagonal boron nitride particles is less than the lower limit, in the resulting grease composition, there is a space between the hexagonal boron nitride particles and the high thermal conductivity particles, and between the hexagonal boron nitride particles and the zinc oxide described below. Since the number of grain boundaries between grains and between the hexagonal boron nitride grains increases, the overall thermal resistance increases. On the other hand, if the average particle diameter of the hexagonal boron nitride particles exceeds the upper limit, the dispersion uniformity and filling rate of the thermally conductive filler in the resulting grease composition will decrease, resulting in a decrease in thermal conductivity. Further, from the same viewpoint, the average particle diameter of the hexagonal boron nitride particles is preferably 0.03 to 3 times, and 0.05 to 1 times, the average particle diameter of the highly thermally conductive particles used in combination. More preferred. In addition, in the present invention, the average particle diameter of the hexagonal boron nitride particles is such that they form composite particles with all the hexagonal boron nitride particles contained in the thermally conductive filler, that is, the highly thermally conductive particles. This is the average particle diameter of all the hexagonal boron nitride particles, including the hexagonal boron nitride particles, the high thermal conductivity particles, and the hexagonal boron nitride particles that do not form composite particles.
また、前記六方晶窒化ホウ素粒子においては、黒鉛化指数が2.0以下であることが好ましい。前記六方晶窒化ホウ素粒子の黒鉛化指数が前記上限を超えると、前記六方晶窒化ホウ素粒子の熱伝導率そのものが小さくなるため、得られるグリース組成物の熱伝導性が低下する。 Further, it is preferable that the hexagonal boron nitride particles have a graphitization index of 2.0 or less. When the graphitization index of the hexagonal boron nitride particles exceeds the upper limit, the thermal conductivity of the hexagonal boron nitride particles itself decreases, resulting in a decrease in the thermal conductivity of the resulting grease composition.
さらに、前記高熱伝導性粒子及び前記六方晶窒化ホウ素粒子においては、マトリックスオイルへの分散性をより向上させるという観点から、それらの表面に水酸基、カルボキシル基、エステル基、アミド基、アミノ基等の官能基が結合していてもよい。 Furthermore, the high thermal conductivity particles and the hexagonal boron nitride particles have hydroxyl groups, carboxyl groups, ester groups, amide groups, amino groups, etc. on their surfaces in order to further improve their dispersibility in matrix oil. A functional group may be bonded.
本発明にかかる多孔性窒化ホウ素は、本発明にかかる焼結体や本発明に用いられる熱伝導性フィラーにおいて、前記高熱伝導性粒子と前記六方晶窒化ホウ素粒子とを高い結合力で結合させるものである。また、このような多孔性窒化ホウ素は、配向性が高すぎると、前記高熱伝導性粒子と前記六方晶窒化ホウ素粒子との間の熱伝導を妨げる位置に配置される可能性があるため、前記高熱伝導性粒子と前記六方晶窒化ホウ素粒子との間の効率的な熱伝導という観点から、乱層構造を有していることが好ましい。 The porous boron nitride according to the present invention binds the high thermal conductive particles and the hexagonal boron nitride particles with high bonding force in the sintered body according to the present invention and the thermally conductive filler used in the present invention. It is. In addition, if such porous boron nitride has too high orientation, it may be placed in a position that impedes heat conduction between the high thermal conductivity particles and the hexagonal boron nitride particles. From the viewpoint of efficient heat conduction between the highly thermally conductive particles and the hexagonal boron nitride particles, it is preferable that the particles have a turbostratic structure.
また、前記多孔性窒化ホウ素においては、002面に由来するX線回折ピークの半値幅が0.5~10°であることが好ましく、0.5~5°であることがより好ましく、0.5~2°であることが特に好ましい。多孔性窒化ホウ素の002面に由来するX線回折ピークの半値幅が前記下限未満になると、乱層構造の割合が少なくなり、前記高熱伝導性粒子と前記六方晶窒化ホウ素粒子との間の結合力や接合力が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、乱層構造により結晶が乱れるため、熱伝導率が低下する傾向にある。 Further, in the porous boron nitride, the half width of the X-ray diffraction peak derived from the 002 plane is preferably 0.5 to 10°, more preferably 0.5 to 5°, and 0.5 to 10°. Particularly preferred is 5° to 2°. When the half-width of the X-ray diffraction peak derived from the 002 plane of porous boron nitride becomes less than the lower limit, the proportion of the turbostratic structure decreases, and the bond between the high thermal conductivity particles and the hexagonal boron nitride particles decreases. The strength and bonding force tend to decrease, and on the other hand, when the above upper limit is exceeded, the crystals are disordered due to the turbostratic structure, so that the thermal conductivity tends to decrease.
このような多孔性窒化ホウ素は、例えば、後述するように、ホウ酸錯体を不活性ガス雰囲気下で焼成することによって形成することができる。ホウ酸錯体は、不活性ガス雰囲気下での焼成によって、窒化ホウ素に変換される。このとき、酸素や炭素化合物が脱離するため、前記窒化ホウ素に空隙が形成され、多孔性の窒化ホウ素が得られる。 Such porous boron nitride can be formed, for example, by firing a boric acid complex in an inert gas atmosphere, as described below. The boric acid complex is converted to boron nitride by calcination under an inert gas atmosphere. At this time, since oxygen and carbon compounds are desorbed, voids are formed in the boron nitride, resulting in porous boron nitride.
本発明に用いられる熱伝導性フィラーは、前記高熱伝導性粒子と前記六方晶窒化ホウ素粒子と前記多孔性窒化ホウ素とを含有する焼結体の粉砕物である。前記焼結体において、前記六方晶窒化ホウ素粒子と前記多孔性窒化ホウ素とによって形成される窒化ホウ素相の空隙率は10~50vol%である。前記窒化ホウ素相の空隙率が前記範囲内にあると、前記高熱伝導性粒子と前記六方晶窒化ホウ素粒子との接触面積が増加し、粒子間の熱抵抗が低減される。また、前記高熱伝導性粒子と前記六方晶窒化ホウ素粒子との密着性の向上と前記窒化ホウ素相の熱伝導性の向上とを両立させることができる。一方、前記窒化ホウ素相の空隙率が前記下限未満になると、前記窒化ホウ素相の熱伝導性は向上するものの、焼結体の粉砕時に、前記多孔性窒化ホウ素が優先的に破断されないため、前記高熱伝導性粒子の表面の少なくとも一部に前記多孔性窒化ホウ素を介して前記六方晶窒化ホウ素粒子が結合した複合粒子が形成しにくく、得られる熱伝導性フィラーにおいて、前記複合粒子の含有量が少なくなる。他方、前記窒化ホウ素相の空隙率が前記上限を超えると、前記窒化ホウ素相の熱伝導性が低下するため、得られるグリース組成物の熱伝導性も低下する。また、前記高熱伝導性粒子と前記六方晶窒化ホウ素粒子との密着性が低下するため、焼結体の粉砕時に、前記高熱伝導性粒子の表面から前記六方晶窒化ホウ素粒子が脱離しやすく、得られる熱伝導性フィラーにおいて、前記高熱伝導性粒子の表面の少なくとも一部に前記多孔性窒化ホウ素を介して前記六方晶窒化ホウ素粒子が結合した複合粒子の含有量が少なくなる。また、同様の観点から、前記窒化ホウ素相の空隙率としては、15~40vol%が好ましい。 The thermally conductive filler used in the present invention is a pulverized product of a sintered body containing the highly thermally conductive particles, the hexagonal boron nitride particles, and the porous boron nitride. In the sintered body, the porosity of the boron nitride phase formed by the hexagonal boron nitride particles and the porous boron nitride is 10 to 50 vol%. When the porosity of the boron nitride phase is within the above range, the contact area between the highly thermally conductive particles and the hexagonal boron nitride particles increases, and the thermal resistance between the particles is reduced. Further, it is possible to simultaneously improve the adhesion between the high thermal conductivity particles and the hexagonal boron nitride particles and improve the thermal conductivity of the boron nitride phase. On the other hand, when the porosity of the boron nitride phase is less than the lower limit, although the thermal conductivity of the boron nitride phase improves, the porous boron nitride is not preferentially ruptured when the sintered body is crushed. Composite particles in which the hexagonal boron nitride particles are bonded to at least a portion of the surface of the highly thermally conductive particles via the porous boron nitride are difficult to form, and the content of the composite particles in the resulting thermally conductive filler is It becomes less. On the other hand, if the porosity of the boron nitride phase exceeds the upper limit, the thermal conductivity of the boron nitride phase decreases, and therefore the thermal conductivity of the resulting grease composition also decreases. In addition, since the adhesion between the high thermal conductive particles and the hexagonal boron nitride particles decreases, the hexagonal boron nitride particles are likely to be detached from the surface of the high thermal conductive particles during the pulverization of the sintered body. In the thermally conductive filler, the content of composite particles in which the hexagonal boron nitride particles are bonded to at least a portion of the surface of the highly thermally conductive particles via the porous boron nitride is reduced. Further, from the same viewpoint, the porosity of the boron nitride phase is preferably 15 to 40 vol%.
また、本発明に用いられる熱伝導性フィラーにおいては、前記粉砕物中の全ての前記高熱伝導性粒子のうちの個数基準で40%以上の粒子が、前記高熱伝導性粒子の表面の少なくとも一部に前記多孔性窒化ホウ素を介して前記六方晶窒化ホウ素粒子が結合した複合粒子を形成している。全ての前記高熱伝導性粒子のうちの40%以上の粒子が前記複合粒子を形成している熱伝導性フィラーは、粒子間の熱抵抗が小さく、得られるグリース組成物の熱伝導性が向上する。一方、前記複合粒子を形成している粒子の割合が前記下限未満の熱伝導性フィラーは、粒子間の熱抵抗が高く、得られるグリース組成物の熱伝導性が低下する。熱伝導性フィラーにおいて粒子間の熱抵抗が更に小さくなり、得られるグリース組成物の熱伝導性が更に向上するという観点から、全ての前記高熱伝導性粒子のうちの個数基準で50%以上の粒子が前記複合粒子を形成していることが好ましく、55%以上の粒子が前記複合粒子を形成していることがより好ましい。なお、全ての高熱伝導性粒子の個数は、表面の少なくとも一部に前記六方晶窒化ホウ素粒子が結合している高熱伝導性粒子と前記六方晶窒化ホウ素粒子が結合していない高熱伝導性粒子とを含む全ての前記高熱伝導性粒子の個数を意味する。 Furthermore, in the thermally conductive filler used in the present invention, 40% or more of all the highly thermally conductive particles in the pulverized material are present on at least a portion of the surface of the highly thermally conductive particles. The hexagonal boron nitride particles are bonded to each other via the porous boron nitride to form composite particles. A thermally conductive filler in which 40% or more of all the highly thermally conductive particles form the composite particles has a small thermal resistance between particles, and the thermal conductivity of the resulting grease composition is improved. . On the other hand, a thermally conductive filler in which the proportion of particles forming the composite particles is less than the lower limit has a high thermal resistance between particles, and the thermal conductivity of the resulting grease composition is reduced. From the viewpoint of further reducing the thermal resistance between particles in the thermally conductive filler and further improving the thermal conductivity of the obtained grease composition, particles that account for 50% or more of all the high thermally conductive particles on a number basis It is preferable that the particles form the composite particles, and it is more preferable that 55% or more of the particles form the composite particles. Note that the number of all high thermal conductive particles is determined by the number of high thermal conductive particles having the hexagonal boron nitride particles bonded to at least a portion of their surfaces, and the high thermal conductive particles having no hexagonal boron nitride particles bonding to at least a portion of their surfaces. It means the number of all the above-mentioned high thermal conductive particles including.
さらに、本発明に用いられる熱伝導性フィラーにおいては、前記複合粒子が必ずしも前記高熱伝導性粒子の全表面が前記六方晶窒化ホウ素粒子により被覆されていなくてもよいが、前記高熱伝導性粒子の表面の40%以上が被覆されていることが好ましく、55%以上が被覆されていることがより好ましく、全表面が被覆されていることが特に好ましい。 Furthermore, in the thermally conductive filler used in the present invention, the entire surface of the high thermally conductive particles in the composite particles does not necessarily have to be covered with the hexagonal boron nitride particles; Preferably, 40% or more of the surface is coated, more preferably 55% or more, and particularly preferably the entire surface is coated.
本発明に用いられる熱伝導性フィラーにおいて、前記高熱伝導性粒子と前記窒化ホウ素相(前記六方晶窒化ホウ素粒子と前記多孔性窒化ホウ素とにより形成される相)との体積比率(高熱伝導性粒子:窒化ホウ素相)としては特に制限はないが、30:70~98:2が好ましく、40:60~90:10がより好ましい。前記高熱伝導性粒子と前記窒化ホウ素相との体積比率が前記下限未満になると、前記高熱伝導性粒子による熱伝導性の向上効果が十分に得られず、得られるグリース組成物の熱伝導性が十分に向上しない傾向にあり、他方、前記上限を超えると、得られるグリース組成物において、前記高熱伝導性粒子が関与する熱抵抗の大きい接触界面が相対的に増加するため、優れた熱伝導性を有するグリース組成物が得られない傾向にある。 In the thermally conductive filler used in the present invention, the volume ratio of the high thermally conductive particles to the boron nitride phase (the phase formed by the hexagonal boron nitride particles and the porous boron nitride) : boron nitride phase) is not particularly limited, but is preferably 30:70 to 98:2, more preferably 40:60 to 90:10. If the volume ratio of the highly thermally conductive particles to the boron nitride phase is less than the lower limit, the effect of improving thermal conductivity by the highly thermally conductive particles will not be sufficiently obtained, and the thermal conductivity of the resulting grease composition will decrease. On the other hand, if the upper limit is exceeded, the number of contact interfaces with high thermal resistance involving the highly thermally conductive particles increases relatively, resulting in excellent thermal conductivity. There is a tendency that a grease composition having the following properties cannot be obtained.
また、本発明に用いられる熱伝導性フィラーにおいて、前記六方晶窒化ホウ素粒子と前記多孔性窒化ホウ素との体積比率(六方晶窒化ホウ素粒子:多孔性窒化ホウ素)としては特に制限はないが、10:90~90:10が好ましく、20:80~80:20がより好ましい。前記六方晶窒化ホウ素粒子と前記多孔性窒化ホウ素との体積比率が前記下限未満になると、前記六方晶窒化ホウ素粒子が関与する熱抵抗の小さい接触界面が相対的に減少するため、優れた熱伝導性を有するグリース組成物が得られない傾向にあり、他方、前記上限を超えると、前記高熱伝導性粒子と前記六方晶窒化ホウ素粒子との密着性が低下するため、焼結体の粉砕時に、前記高熱伝導性粒子の表面から前記六方晶窒化ホウ素粒子が脱離しやすく、得られる熱伝導性フィラーにおいて、前記複合粒子の含有量が少なくなり、優れた熱伝導性を有するグリース組成物が得られない傾向にある。 Further, in the thermally conductive filler used in the present invention, the volume ratio of the hexagonal boron nitride particles to the porous boron nitride (hexagonal boron nitride particles: porous boron nitride) is not particularly limited; :90 to 90:10 is preferable, and 20:80 to 80:20 is more preferable. When the volume ratio of the hexagonal boron nitride particles to the porous boron nitride is less than the lower limit, the contact interface with low thermal resistance involving the hexagonal boron nitride particles is relatively reduced, resulting in excellent thermal conduction. On the other hand, if the upper limit is exceeded, the adhesion between the highly thermally conductive particles and the hexagonal boron nitride particles decreases. The hexagonal boron nitride particles are easily detached from the surface of the highly thermally conductive particles, and the content of the composite particles is reduced in the resulting thermally conductive filler, resulting in a grease composition having excellent thermal conductivity. There tends to be no.
さらに、本発明に用いられる熱伝導性フィラーにおいては、表面がアルキル化されていることが好ましい。これにより、マトリックスオイル中での前記熱伝導性フィラーの凝集を抑制することができ、グリース組成物の流動性が向上するため、熱抵抗が更に低減された、熱伝導性に更に優れたグリース組成物を得ることが可能となる。 Furthermore, the surface of the thermally conductive filler used in the present invention is preferably alkylated. This makes it possible to suppress the agglomeration of the thermally conductive filler in the matrix oil and improve the fluidity of the grease composition, resulting in a grease composition with even better thermal conductivity and even lower thermal resistance. It becomes possible to obtain things.
(熱伝導性フィラーの製造方法)
このような熱伝導性フィラーは、以下の方法よって製造することができる。すなわち、平均粒子径が0.2~100μmであり、熱伝導率が20W/mK以上である等方性の高熱伝導性粉末と、該高熱伝導性粉末の平均粒子径の0.01~5倍の平均粒子径を有する非多孔性の六方晶窒化ホウ素粉末と、ホウ酸錯体との混合物を20MPa以上の圧力で圧縮成形し〔第一の工程〕、前記第一の工程で得られた圧縮成形体を不活性ガス雰囲気下、1800~2200℃の温度で焼成し〔第二の工程〕、前記第二の工程で得られた圧縮焼結体を粉砕する〔第三の工程〕ことにより、高熱伝導性粒子の表面の少なくとも一部に多孔性窒化ホウ素を介して六方晶窒化ホウ素粒子が結合した複合粒子を含有する熱伝導性フィラーを得ることができる。
(Method for manufacturing thermally conductive filler)
Such a thermally conductive filler can be manufactured by the following method. That is, an isotropic high thermal conductive powder having an average particle size of 0.2 to 100 μm and a thermal conductivity of 20 W/mK or more, and 0.01 to 5 times the average particle size of the high thermal conductive powder. A mixture of a non-porous hexagonal boron nitride powder having an average particle size of The body is fired at a temperature of 1800 to 2200°C in an inert gas atmosphere [second step], and the compressed sintered body obtained in the second step is pulverized [third step]. A thermally conductive filler containing composite particles in which hexagonal boron nitride particles are bonded to at least a portion of the surface of the conductive particles via porous boron nitride can be obtained.
また、このようにして得られる前記熱伝導性フィラーとシラザン系カップリング剤又はチタネート系カップリング剤とを反応させて前記熱伝導性フィラーの表面をアルキル化することが好ましい〔第四の工程〕。 Further, it is preferable that the surface of the thermally conductive filler thus obtained is reacted with a silazane coupling agent or a titanate coupling agent to alkylate the surface of the thermally conductive filler [fourth step] .
(第一の工程)
第一の工程においては、先ず、高熱伝導性粉末と六方晶窒化ホウ素粉末とホウ酸錯体との混合物を調製する。ここで用いる高熱伝導性粉末は、前記熱伝導性フィラーにおける高熱伝導性粒子となる原料粉末であり、その平均粒子径は0.2~100μmであり、0.3~95μmであることが好ましく、0.5~90μmであることがより好ましく、0.5~50μmであることが更に好ましく、1~20μmであることが特に好ましい。また、ここで用いる六方晶窒化ホウ素粉末は、前記熱伝導性フィラーにおける六方晶窒化ホウ素粒子となる原料粉末であり、その平均粒子径は組合せて用いられる前記高熱伝導性粉末の平均粒子径の0.01~5倍であり、0.03~3倍であることが好ましく、0.05~1倍であることがより好ましい。
(First step)
In the first step, first, a mixture of high thermal conductivity powder, hexagonal boron nitride powder, and boric acid complex is prepared. The highly thermally conductive powder used here is a raw material powder that becomes the highly thermally conductive particles in the thermally conductive filler, and its average particle size is 0.2 to 100 μm, preferably 0.3 to 95 μm. It is more preferably 0.5 to 90 μm, even more preferably 0.5 to 50 μm, and particularly preferably 1 to 20 μm. The hexagonal boron nitride powder used here is a raw material powder that becomes the hexagonal boron nitride particles in the thermally conductive filler, and its average particle size is 0% of the average particle size of the highly thermally conductive powder used in combination. It is .01 to 5 times, preferably 0.03 to 3 times, and more preferably 0.05 to 1 times.
また、前記ホウ酸錯体としては不活性ガス雰囲気下での焼成によって多孔性の窒化ホウ素を形成できるものであれば特に制限はなく、例えば、ホウ酸メラミン錯体、ホウ酸尿素錯体が挙げられる。 Further, the boric acid complex is not particularly limited as long as it can form porous boron nitride by firing in an inert gas atmosphere, and examples thereof include boric acid melamine complexes and boric acid urea complexes.
前記混合物を調製する際の混合方法としては特に制限はなく、例えば、湿式ボールミル粉砕混合法、乾式ボールミル粉砕混合法、機械混合法、撹拌混合法、乳鉢等による混合法等を採用することができ、必要に応じて、ろ過、洗浄、乾燥、分粒等の処理を施してもよい。このようなろ過、洗浄、乾燥、分粒等の処理としてはいずれも特に制限されず、公知の方法を適宜採用することができる。 The mixing method for preparing the mixture is not particularly limited, and for example, wet ball mill pulverization mixing method, dry ball mill pulverization mixing method, mechanical mixing method, stirring mixing method, mixing method using a mortar, etc. can be adopted. If necessary, treatments such as filtration, washing, drying, and sizing may be performed. Processes such as filtration, washing, drying, sizing, etc. are not particularly limited, and known methods can be appropriately employed.
前記高熱伝導性粉末と前記六方晶窒化ホウ素粉末と前記ホウ酸錯体との混合比率としては特に制限はないが、得られる熱伝導性フィラーにおいて、前記高熱伝導性粒子と前記窒化ホウ素相との体積比率及び前記六方晶窒化ホウ素粒子と前記多孔性窒化ホウ素との体積比率が前記範囲内となる混合比率が好ましい。 There is no particular restriction on the mixing ratio of the high thermal conductivity powder, the hexagonal boron nitride powder, and the boric acid complex, but in the resulting thermal conductive filler, the volume of the high thermal conductivity particles and the boron nitride phase It is preferable that the ratio and the volume ratio of the hexagonal boron nitride particles to the porous boron nitride fall within the above range.
次に、このようにして得られた混合物を所定の圧力で圧縮成形する。これにより、前記高熱伝導性粒子と前記六方晶窒化ホウ素粒子とが前記ホウ酸錯体を介して密着した圧縮成形体を得ることができる。 Next, the mixture thus obtained is compression molded at a predetermined pressure. Thereby, it is possible to obtain a compression molded body in which the high thermal conductivity particles and the hexagonal boron nitride particles are in close contact with each other via the boric acid complex.
圧縮成形時の圧力は20MPa以上であり、60MPa以上であることが好ましく、80MPa以上であることがより好ましい。圧縮成形時の圧力が前記下限未満になると、前記高熱伝導性粒子と前記六方晶窒化ホウ素粒子とが前記ホウ酸錯体を介して十分に密着せず、前記高熱伝導性粒子と前記六方晶窒化ホウ素粒子とが前記多孔性窒化ホウ素を介して高い結合力で結合している複合粒子が形成されにくく、得られる熱伝導性フィラー及びグリース組成物の熱伝導性が向上しにくい傾向にある。 The pressure during compression molding is 20 MPa or more, preferably 60 MPa or more, and more preferably 80 MPa or more. If the pressure during compression molding is less than the lower limit, the high thermal conductivity particles and the hexagonal boron nitride particles will not be in close contact with each other through the boric acid complex, and the high thermal conductivity particles and the hexagonal boron nitride particles will It is difficult to form composite particles in which the particles are bonded with high bonding force through the porous boron nitride, and the thermal conductivity of the resulting thermally conductive filler and grease composition tends to be difficult to improve.
前記混合物を圧縮成形する方法としては特に制限はないが、静水圧下での圧縮成形が好ましい。これにより、前記混合物に均一に圧力が印加され、効果的な密着状態の圧縮成形体を得ることができる。また、静水圧下で圧縮成形することにより、窒化ホウ素の配向による熱伝導性フィラーの熱伝導率異方性を抑制することができる。このような熱伝導性フィラーの熱伝導率異方性は成形履歴による熱伝導率異方性を生じさせるため、場合によっては好ましくない。 There are no particular limitations on the method of compression molding the mixture, but compression molding under hydrostatic pressure is preferred. As a result, pressure is uniformly applied to the mixture, and a compression molded article in an effective and tightly adhered state can be obtained. Moreover, by compression molding under hydrostatic pressure, thermal conductivity anisotropy of the thermally conductive filler due to the orientation of boron nitride can be suppressed. Such thermal conductivity anisotropy of the thermally conductive filler causes thermal conductivity anisotropy due to molding history, and is therefore undesirable in some cases.
(第二の工程)
第二の工程においては、前記第一の工程で得られた圧縮成形体を不活性ガス雰囲気下で焼成する。これにより、前記圧縮成形体中の前記ホウ酸錯体が窒化ホウ素に変換されるとともに、酸素や炭素化合物が脱離するため、前記窒化ホウ素内に空隙が形成され、多孔性の窒化ホウ素が得られる。
(Second process)
In the second step, the compression molded body obtained in the first step is fired in an inert gas atmosphere. As a result, the boric acid complex in the compression molded body is converted to boron nitride, and oxygen and carbon compounds are eliminated, so that voids are formed in the boron nitride, resulting in porous boron nitride. .
前記不活性ガスとしては、窒素、希ガス(例えば、アルゴン、ヘリウム、ネオン)等が挙げられる。焼成温度としては、前記混合物が十分に焼結する温度であれば特に制限はないが、1600~2200℃が好ましく、1650~1900℃がより好ましい。また、焼成時間としては、前記混合物が十分に焼結する時間であれば特に制限はないが、0.5~6時間が好ましく、1~4時間がより好ましい。 Examples of the inert gas include nitrogen, rare gases (eg, argon, helium, neon), and the like. The firing temperature is not particularly limited as long as the mixture is sufficiently sintered, but is preferably 1600 to 2200°C, more preferably 1650 to 1900°C. Further, the firing time is not particularly limited as long as the mixture is sufficiently sintered, but 0.5 to 6 hours is preferable, and 1 to 4 hours is more preferable.
(第三の工程)
第三の工程においては、前記第二の工程で得られた圧縮焼結体を粉砕する。このとき、前記圧縮成形体の多孔性窒化ホウ素が選択的に破断されるため、前記高熱伝導性粒子の表面の少なくとも一部に前記多孔性窒化ホウ素を介して前記六方晶窒化ホウ素粒子が結合した複合粒子が形成され、この複合粒子を多く含有する熱伝導性フィラーが得られる。
(Third step)
In the third step, the compressed sintered body obtained in the second step is pulverized. At this time, the porous boron nitride of the compression molded body is selectively broken, so that the hexagonal boron nitride particles are bonded to at least a portion of the surface of the high thermal conductivity particles via the porous boron nitride. Composite particles are formed, and a thermally conductive filler containing a large amount of these composite particles is obtained.
前記圧縮焼結体の粉砕方法としては特に制限はなく、例えば、各種粉砕機(ミル)や乳鉢を用いた粉砕方法や湿式ボールミルや乾式ボールミルを用いた粉砕方法等を採用することができる。 There are no particular limitations on the method of pulverizing the compressed sintered body, and for example, pulverizing methods using various types of pulverizers (mills) or mortars, pulverizing methods using wet ball mills, dry ball mills, etc. can be adopted.
(第四の工程)
第四の工程においては、前記第三の工程で得られた熱伝導性フィラーとシラザン系カップリング剤又はチタネート系カップリング剤とを反応させる。このとき、前記熱伝導性フィラー中の前記六方晶窒化ホウ素粒子とシラザン系カップリング剤又はチタネート系カップリング剤とが反応することによって、前記熱伝導性フィラーの表面がアルキル化され、マトリックスオイル中での前記熱伝導性フィラーの凝集を抑制することができ、グリース組成物の流動性が向上するため、熱抵抗が更に低減された、熱伝導性に更に優れたグリース組成物を得ることが可能となる。
(Fourth step)
In the fourth step, the thermally conductive filler obtained in the third step is reacted with a silazane coupling agent or a titanate coupling agent. At this time, the hexagonal boron nitride particles in the thermally conductive filler react with the silazane coupling agent or the titanate coupling agent, so that the surface of the thermally conductive filler is alkylated and the matrix oil is Since agglomeration of the thermally conductive filler can be suppressed and the fluidity of the grease composition is improved, it is possible to obtain a grease composition with further reduced thermal resistance and even better thermal conductivity. becomes.
一方、前記第三の工程で得られた熱伝導性フィラーの表面をシラン系カップリング剤又はアルミネート系カップリング剤で処理した場合、シラン系カップリング剤やアルミネート系カップリング剤の加水分解反応が進行してカップリング剤のゲル化が起こり、前記熱伝導性フィラー中の前記六方晶窒化ホウ素粒子とシラン系カップリング剤やアルミネート系カップリング剤との反応が進行しないため、前記熱伝導性フィラーの表面がアルキル化されず、マトリックスオイル中での前記熱伝導性フィラーの凝集を抑制することができず、グリース組成物の流動性が低下する。また、生じたゲルの介在により、熱伝導性フィラー間の接触熱抵抗が上昇する。これらの結果、グリース組成物は、熱抵抗が低減されず、熱伝導性が向上しない。 On the other hand, when the surface of the thermally conductive filler obtained in the third step is treated with a silane coupling agent or an aluminate coupling agent, hydrolysis of the silane coupling agent or aluminate coupling agent As the reaction progresses, the coupling agent gels, and the reaction between the hexagonal boron nitride particles in the thermally conductive filler and the silane coupling agent or aluminate coupling agent does not proceed, so the heat The surface of the conductive filler is not alkylated, and aggregation of the thermally conductive filler in the matrix oil cannot be suppressed, resulting in a decrease in fluidity of the grease composition. In addition, the presence of the gel increases the contact thermal resistance between the thermally conductive fillers. As a result, the grease composition does not have reduced thermal resistance or improved thermal conductivity.
前記シラザン系カップリング剤及び前記チタネート系カップリング剤のうち、熱伝導性フィラーの凝集を十分に抑制することができ、グリース組成物の流動性が向上し、また、ゲルの介在による熱伝導性フィラー間の接触熱抵抗の上昇も起こらないため、得られるグリース組成物の熱抵抗がより低減され、熱伝導性がより高くなるという観点から、シラザン系カップリング剤が好ましい。 Among the silazane coupling agent and the titanate coupling agent, the aggregation of the thermally conductive filler can be sufficiently suppressed, the fluidity of the grease composition is improved, and the thermal conductivity is improved due to the presence of gel. A silazane-based coupling agent is preferable from the viewpoint that the thermal resistance of the obtained grease composition is further reduced and the thermal conductivity thereof is further increased because the contact thermal resistance between the fillers does not increase.
前記熱伝導性フィラーとシラザン系カップリング剤又はチタネート系カップリング剤とを反応させる方法としては、例えば、トルエン等の有機溶媒中に前記熱伝導性フィラーを分散させ、得られた分散液にシラザン系カップリング剤又はチタネート系カップリング剤を添加した後、加熱する方法が挙げられる。 As a method for reacting the thermally conductive filler with a silazane coupling agent or a titanate coupling agent, for example, the thermally conductive filler is dispersed in an organic solvent such as toluene, and the silazane is added to the resulting dispersion. A method of heating after adding a titanate-based coupling agent or a titanate-based coupling agent can be mentioned.
前記熱伝導性フィラーとシラザン系カップリング剤又はチタネート系カップリング剤との混合比としては、前記熱伝導性フィラー100質量部に対して、シラザン系カップリング剤又はチタネート系カップリング剤の量が1~20質量部であることが好ましく、5~10質量部であることがより好ましい。 The mixing ratio of the thermally conductive filler and the silazane coupling agent or titanate coupling agent is such that the amount of the silazane coupling agent or titanate coupling agent is 100 parts by mass of the thermally conductive filler. The amount is preferably 1 to 20 parts by weight, more preferably 5 to 10 parts by weight.
反応温度としては室温~100℃が好ましく、40~60℃がより好ましい。また、反応時間としては0.5~20時間が好ましく、1~5時間がより好ましい。 The reaction temperature is preferably room temperature to 100°C, more preferably 40 to 60°C. Further, the reaction time is preferably 0.5 to 20 hours, more preferably 1 to 5 hours.
(酸化亜鉛粒子)
本発明に用いられる酸化亜鉛粒子は、熱伝導性に優れた粒子であり、本発明のグリース組成物において、多くの熱伝導パスを形成する。また、この酸化亜鉛粒子は、前記熱伝導性フィラー中の前記六方晶窒化ホウ素粒子との間の粒子間熱抵抗(界面熱抵抗)が小さいため、得られるグリース組成物の熱伝導性が向上する。一方、酸化亜鉛粒子の代わりに、銀粒子やアルミナ粒子を用いると、得られるグリース組成物中には多くの熱伝導パスが形成されるものの、これらの粒子と前記熱伝導性フィラー中の前記六方晶窒化ホウ素粒子との間の粒子間熱抵抗(界面熱抵抗)が大きいため、得られるグリース組成物の熱伝導性が十分に向上しない。
(zinc oxide particles)
The zinc oxide particles used in the present invention are particles with excellent thermal conductivity, and form many heat conduction paths in the grease composition of the present invention. Furthermore, since the zinc oxide particles have a small interparticle thermal resistance (interfacial thermal resistance) with the hexagonal boron nitride particles in the thermally conductive filler, the thermal conductivity of the resulting grease composition is improved. . On the other hand, when silver particles or alumina particles are used instead of zinc oxide particles, many thermal conductive paths are formed in the resulting grease composition, but these particles and the hexagonal paths in the thermally conductive filler are Since the interparticle thermal resistance (interfacial thermal resistance) between crystalline boron nitride particles is large, the thermal conductivity of the resulting grease composition is not sufficiently improved.
このような酸化亜鉛粒子の平均粒子径としては特に制限はないが、0.1~1μmが好ましく、0.2~1μmがより好ましく、0.5~1μmが更に好ましく、0.7~0.9μmが特に好ましい。酸化亜鉛粒子の平均粒子径が前記下限未満になると、得られるグリース組成物において前記六方晶窒化ホウ素粒子と前記酸化亜鉛粒子との間及び前記酸化亜鉛粒子間の粒界数が増大するため全体の熱抵抗が増大する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、得られるグリース組成物において前記酸化亜鉛粒子の分散均一性及び充填率が低下して熱伝導性が低下する傾向にある。 The average particle diameter of such zinc oxide particles is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 1 μm, more preferably 0.2 to 1 μm, even more preferably 0.5 to 1 μm, and even more preferably 0.7 to 0. 9 μm is particularly preferred. When the average particle diameter of the zinc oxide particles is less than the lower limit, the number of grain boundaries between the hexagonal boron nitride particles and the zinc oxide particles and between the zinc oxide particles increases in the resulting grease composition, so that the overall Thermal resistance tends to increase, and on the other hand, when the upper limit is exceeded, the dispersion uniformity and filling rate of the zinc oxide particles in the resulting grease composition tend to decrease, leading to a decrease in thermal conductivity.
(マトリックスオイル)
本発明に用いられるマトリックスオイルとしては、前記熱伝導性フィラー及び前記酸化亜鉛粒子を均一に分散できるものであれば特に制限はないが、絶縁性のオイルが好ましく、例えば、シリコーンオイル、変性シリコーンオイル、フルオロエーテルオイル、鉱物油、動植物性天然油、パラフィン、合成油等が挙げられ、沸点が200℃以上の、シリコーンオイル、変性シリコーンオイル、パラフィン、合成油が好ましい。これらのオイルは1種を単独で使用しても2種以上を併用してもよい。
(matrix oil)
The matrix oil used in the present invention is not particularly limited as long as it can uniformly disperse the thermally conductive filler and the zinc oxide particles, but insulating oils are preferred, such as silicone oil and modified silicone oil. , fluoroether oil, mineral oil, animal and vegetable natural oil, paraffin, synthetic oil, etc., and silicone oil, modified silicone oil, paraffin, and synthetic oil having a boiling point of 200° C. or higher are preferred. These oils may be used alone or in combination of two or more.
(真球状ナノ粒子)
本発明のグリース組成物においては、粒子間の転がりが促進され、グリース組成物の粘度が低減されるという観点から、真球状ナノ粒子を含んでいてもよい。また、このような真球状ナノ粒子は、表面処理が施されていてもよい。なお、前記グリース組成物に真球状ナノ粒子が含まれていても、熱抵抗の低減効果は維持され、熱伝導性に優れたグリース組成物を得ることができる。
(True spherical nanoparticles)
The grease composition of the present invention may contain true spherical nanoparticles from the viewpoint of promoting rolling between particles and reducing the viscosity of the grease composition. Moreover, such true spherical nanoparticles may be subjected to surface treatment. Note that even if the grease composition contains true spherical nanoparticles, the effect of reducing thermal resistance is maintained, and a grease composition with excellent thermal conductivity can be obtained.
このような真球状ナノ粒子としては、熱伝導性フィラー表面への吸着性、及びマトリックスオイル中での分散性の向上によるグリース組成物の流動性の向上という観点から、真球状シリカナノ粒子、表面処理が施された真球状シリカナノ粒子が好ましい。また、このような真球状ナノ粒子は、熱伝導性フィラー表面に吸着していることが好ましい。これにより、マトリックスオイル中での分散性が向上し、粒子間摩擦が低減されるため、グリース組成物の粘度が低減される。 As such true spherical nanoparticles, true spherical silica nanoparticles, surface-treated Preferably, spherical silica nanoparticles are coated with silica nanoparticles. Moreover, it is preferable that such true spherical nanoparticles are adsorbed on the surface of the thermally conductive filler. This improves dispersibility in the matrix oil and reduces interparticle friction, thereby reducing the viscosity of the grease composition.
また、このような真球状ナノ粒子の平均粒子径としては、熱伝導性フィラー表面への吸着の均一性、真球状ナノ粒子による界面熱伝導阻害の回避という観点から、前記熱伝導性フィラーの平均粒子径の1/2倍以下が好ましく、1/4倍以下がより好ましく、1/5倍以下が特に好ましい。 In addition, the average particle diameter of such true spherical nanoparticles is determined from the viewpoint of uniformity of adsorption to the surface of the thermally conductive filler and avoidance of interfacial heat conduction inhibition by the true spherical nanoparticles. The particle diameter is preferably 1/2 or less times, more preferably 1/4 times or less, particularly preferably 1/5 times or less.
〔グリース組成物〕
本発明のグリース組成物においては、前記マトリックスオイル中に前記熱伝導性フィラー、前記酸化亜鉛粒子、及び必要に応じて真球状ナノ粒子が分散している。
[Grease composition]
In the grease composition of the present invention, the thermally conductive filler, the zinc oxide particles, and, if necessary, true spherical nanoparticles are dispersed in the matrix oil.
本発明のグリース組成物において、前記熱伝導性フィラーの含有量としては特に制限はないが、前記グリース組成物の全量に対して、10~90vol%が好ましく、15~70vol%がより好ましく、20~60vol%が特に好ましい。前記熱伝導性フィラーの含有量が前記下限未満になると、グリース組成物中で前記熱伝導性フィラー間の接触部位を通じて熱が拡散する熱伝導パスのネットワーク構造が十分に形成されず、得られるグリース組成物の熱伝導性が十分に向上しない傾向にあり、他方、前記熱伝導性フィラーの含有率が前記上限を超えると、粒子間摩擦力が大きくなりすぎ、グリース組成物の流動性が低下するため、グリース組成物膜の厚さを薄くすることができず、熱抵抗の低減が困難となる傾向にある。 In the grease composition of the present invention, the content of the thermally conductive filler is not particularly limited, but is preferably from 10 to 90 vol%, more preferably from 15 to 70 vol%, and more preferably from 15 to 70 vol%, based on the total amount of the grease composition. ~60 vol% is particularly preferred. When the content of the thermally conductive filler is less than the lower limit, a network structure of thermally conductive paths in which heat diffuses through the contact areas between the thermally conductive fillers in the grease composition is not sufficiently formed, and the resulting grease Thermal conductivity of the composition tends not to improve sufficiently, and on the other hand, if the content of the thermally conductive filler exceeds the upper limit, the frictional force between particles becomes too large and the fluidity of the grease composition decreases. Therefore, the thickness of the grease composition film cannot be reduced, and it tends to be difficult to reduce the thermal resistance.
また、本発明のグリース組成物において、前記酸化亜鉛粒子の含有量としては特に制限はないが、前記グリース組成物の全量に対して、1~50vol%が好ましく、5~40vol%がより好ましく、5~30vol%が特に好ましい。前記酸化亜鉛粒子の含有量が前記下限未満になると、グリース組成物中で前記酸化亜鉛粒子間の接触部位を通じて熱が拡散する熱伝導パスのネットワーク構造が十分に形成されず、得られるグリース組成物の熱伝導性が十分に向上しない傾向にあり、他方、前記酸化亜鉛粒子の含有量が前記上限を超えると、グリース組成物中で前記熱伝導性フィラー間や前記熱伝導性フィラーと前記酸化亜鉛粒子との間の接触部位を通じて熱が拡散する熱伝導パスのネットワーク構造が十分に形成されず、得られるグリース組成物の熱伝導性が十分に向上しない傾向にある。 Further, in the grease composition of the present invention, the content of the zinc oxide particles is not particularly limited, but is preferably 1 to 50 vol%, more preferably 5 to 40 vol%, based on the total amount of the grease composition. Particularly preferred is 5 to 30 vol%. When the content of the zinc oxide particles is less than the lower limit, a network structure of heat conduction paths in which heat diffuses through contact sites between the zinc oxide particles in the grease composition is not sufficiently formed, and the resulting grease composition On the other hand, if the content of the zinc oxide particles exceeds the upper limit, there is a tendency for the thermal conductivity of the zinc oxide particles to increase between the thermally conductive filler or between the thermally conductive filler and the zinc oxide particles in the grease composition. A network structure of heat conduction paths through which heat diffuses through contact sites with particles is not sufficiently formed, and the thermal conductivity of the resulting grease composition tends not to be sufficiently improved.
さらに、本発明のグリース組成物において、前記マトリックスオイルの含有量としては特に制限はないが、前記グリース組成物の全量に対して、10~90vol%が好ましく、20~70vol%がより好ましく、40~70vol%が特に好ましい。前記マトリックスオイルの含有量が前記下限未満になると、前記マトリックスオイルが粒子間の空隙を充たすことができず、粒子が前記マトリックスオイル中で流動しにくくなり、グリース組成物の流動性が低下するため、グリース組成物が薄く広がりにくく、熱抵抗が高くなる傾向にあり、他方、前記酸化亜鉛粒子の含有量が前記上限を超えると、グリース組成物中で前記熱伝導性フィラー間や前記酸化亜鉛粒子間、前記熱伝導性フィラーと前記酸化亜鉛粒子との間の接触部位を通じて熱が拡散する熱伝導パスのネットワーク構造が十分に形成されず、得られるグリース組成物の熱伝導性が十分に向上しない傾向にある。 Further, in the grease composition of the present invention, the content of the matrix oil is not particularly limited, but it is preferably 10 to 90 vol%, more preferably 20 to 70 vol%, and 40 to 90 vol% based on the total amount of the grease composition. Particularly preferred is ~70 vol%. If the content of the matrix oil is less than the lower limit, the matrix oil will not be able to fill the voids between the particles, making it difficult for the particles to flow in the matrix oil, and the fluidity of the grease composition will decrease. On the other hand, if the content of the zinc oxide particles exceeds the upper limit, the grease composition tends to be thin and difficult to spread, and has a high thermal resistance. During this time, a network structure of heat conduction paths through which heat diffuses through the contact area between the thermally conductive filler and the zinc oxide particles is not sufficiently formed, and the thermal conductivity of the resulting grease composition is not sufficiently improved. There is a tendency.
また、本発明のグリース組成物が前記真球状ナノ粒子を含む場合、その含有量としては、前記グリース組成物の全量に対して、0.1~20質量%が好ましく、0.5~10質量%がより好ましく、0.5~5質量%が特に好ましい。前記真球状ナノ粒子の配合量が前記下限未満になると、前記真球状ナノ粒子を配合する効果が十分に得られない傾向にあり、他方、前記上限を超えると、熱伝導性フィラー間の接触を妨げ、界面熱伝導を阻害し、グリース組成物の熱伝導性を低下させる傾向にある。 Further, when the grease composition of the present invention contains the true spherical nanoparticles, the content thereof is preferably 0.1 to 20% by mass, and 0.5 to 10% by mass, based on the total amount of the grease composition. % is more preferable, and 0.5 to 5% by mass is particularly preferable. If the blending amount of the true spherical nanoparticles is less than the lower limit, the effect of blending the true spherical nanoparticles tends to be insufficient, while if it exceeds the upper limit, contact between the thermally conductive fillers may be inhibited. This tends to impede interfacial heat conduction and reduce the thermal conductivity of the grease composition.
さらに、本発明のグリース組成物においては、前記熱伝導性フィラーが二峰性以上の粒度分布を有するものであることが好ましい。これにより、グリース組成物の粘度が低減され、グリース組成物の流動性が向上することにより、グリース組成物の厚みが薄くなるため、グリース組成物の熱抵抗が更に低減され、熱伝導性が更に向上する。このような二峰性以上の粒度分布を有する熱伝導性フィラーとしては、例えば、粒度分布が異なる2種以上の熱伝導性フィラーの混合物が挙げられるが、本発明のグリース組成物に含まれる二峰性以上の粒度分布を有する前記熱伝導性フィラーはこれに限定されるものではない。また、二峰性以上の粒度分布を有する前記熱伝導性フィラーにおいては、得られるグリース組成物の粘度が低減され、グリース組成物の流動性が向上することにより、グリース組成物の厚みが薄くなるため、グリース組成物の熱抵抗が更に低減され、熱伝導性が更に向上するという観点から、前記粒度分布におけるピークのうちの粒子径が最も大きいピークを形成する熱伝導性フィラーの割合が70~95質量%であることが好ましく、75~90質量%であることがより好ましい。 Furthermore, in the grease composition of the present invention, it is preferable that the thermally conductive filler has a bimodal or more particle size distribution. This reduces the viscosity of the grease composition, improves the fluidity of the grease composition, and reduces the thickness of the grease composition, further reducing the thermal resistance of the grease composition and further improving its thermal conductivity. improves. Such thermally conductive fillers having a bimodal or more particle size distribution include, for example, a mixture of two or more types of thermally conductive fillers having different particle size distributions. The thermally conductive filler having a particle size distribution that is more than peak-like is not limited to this. In addition, in the thermally conductive filler having a bimodal or more particle size distribution, the viscosity of the resulting grease composition is reduced, and the fluidity of the grease composition is improved, thereby reducing the thickness of the grease composition. Therefore, from the viewpoint of further reducing the thermal resistance of the grease composition and further improving the thermal conductivity, the ratio of the thermally conductive filler that forms the peak with the largest particle size among the peaks in the particle size distribution is 70 to 70. It is preferably 95% by mass, more preferably 75 to 90% by mass.
このような本発明のグリース組成物は、例えば、以下のようにして製造することができる。すなわち、前記熱伝導性フィラーと前記酸化亜鉛粒子と前記マトリックスオイルとを混合して均一スラリーとすることにより、本発明のグリース組成物を得ることができる。その際、得られるグリース組成物中の熱伝導性フィラー及び酸化亜鉛粒子の含有率が目的の含有率となるように熱伝導性フィラーと酸化亜鉛粒子とマトリックスオイルとの混合割合を定める。また、熱伝導性フィラーと酸化亜鉛粒子とマトリックスオイルとを混合する方法は特に制限されず、公知の混合方法が適宜用いられる。 Such a grease composition of the present invention can be produced, for example, as follows. That is, the grease composition of the present invention can be obtained by mixing the thermally conductive filler, the zinc oxide particles, and the matrix oil to form a uniform slurry. At this time, the mixing ratio of the thermally conductive filler, zinc oxide particles, and matrix oil is determined so that the content of the thermally conductive filler and zinc oxide particles in the resulting grease composition becomes the desired content. Further, the method of mixing the thermally conductive filler, zinc oxide particles, and matrix oil is not particularly limited, and any known mixing method may be used as appropriate.
また、本発明のグリース組成物が前記真球状ナノ粒子を含む場合、前記真球状ナノ粒子は、前記熱伝導性フィラーと前記酸化亜鉛粒子と前記マトリックスオイルとを混合する際に、これらとともに混合してもよいが、前記熱伝導性フィラーと前記酸化亜鉛粒子と前記マトリックスオイルとを混合する前に、予め、前記熱伝導性フィラーと混合して前記熱伝導性フィラーに真球状ナノ粒子を吸着させることが好ましい。これにより、前記真球状ナノ粒子が前記マトリックスオイル中に分散しやすく、粒子間摩擦の低減により、グリース組成物の粘度が低減される。 Further, when the grease composition of the present invention includes the true spherical nanoparticles, the true spherical nanoparticles are mixed together with the thermally conductive filler, the zinc oxide particles, and the matrix oil when these are mixed. However, before mixing the thermally conductive filler, the zinc oxide particles, and the matrix oil, the spherical nanoparticles may be adsorbed to the thermally conductive filler by mixing with the thermally conductive filler in advance. It is preferable. Thereby, the true spherical nanoparticles are easily dispersed in the matrix oil, and the viscosity of the grease composition is reduced by reducing interparticle friction.
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例及び比較例で使用したホウ酸メラミン錯体の合成方法及び熱伝導性フィラーの調製方法を以下に示す。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples. The method for synthesizing the boric acid melamine complex and the method for preparing the thermally conductive filler used in Examples and Comparative Examples are shown below.
(合成例1)
95℃に加熱した800mlの水に、ホウ酸24gを添加し、攪拌することにより溶解させた後、さらに、メラミン16gを添加し、攪拌することにより溶解させた。加熱攪拌を10分間継続してホウ酸とメラミンとを反応させ、得られた反応液を水冷した後、室温で12時間放置した。その後、析出した結晶を濾過により回収し、40℃で真空乾燥して、ホウ酸メラミン錯体31.5gを得た。
(Synthesis example 1)
24 g of boric acid was added to 800 ml of water heated to 95° C. and dissolved by stirring, and then 16 g of melamine was added and dissolved by stirring. The boric acid and melamine were allowed to react with each other by continuing heating and stirring for 10 minutes, and the resulting reaction solution was cooled with water and left at room temperature for 12 hours. Thereafter, the precipitated crystals were collected by filtration and vacuum dried at 40°C to obtain 31.5 g of a boric acid melamine complex.
(調製例1)
先ず、得られる圧縮焼結体の組成比が窒化アルミニウム粒子(AlN粒子)/窒化ホウ素粒子(BN粒子)/多孔性窒化ホウ素(多孔性BN)=70vol%/15vol%/15vol%となるように、ポリエチレン製ポットに、等方性の高熱伝導性粒子であるAlN粉末(古河電子株式会社製「高熱伝導AlNフィラーFAN-f05」、平均粒子径5μm、熱伝導率170W/mK)22.8g、非多孔性の六方晶BN粉末(スリーエム社製「3MTM窒化ホウ素クーリングフィラー Platelets001」、平均粒子径1μm)3.40g及び合成例1で得られたホウ酸メラミン錯体17.01gを投入し、さらに、ジルコニアボール(3mm径)500g及びアセトン165gを投入して、ボールミルにより400rpmの条件で12時間混合した。その後、濾過によりジルコニアボールを取り除き、さらに、エバポレーション及び真空乾燥によりアセトンを完全に除去した。得られた混合物を294MPaの静水圧下で圧縮した後、窒素雰囲気下、1800℃で1時間焼成して圧縮焼結体を得た。この圧縮焼結体を室温まで冷却した後、下記の方法に従って窒化ホウ素相の空隙率を求めた。その結果を表1に示す。
(Preparation example 1)
First, the composition ratio of the obtained compressed sintered body was adjusted so that the composition ratio was aluminum nitride particles (AlN particles) / boron nitride particles (BN particles) / porous boron nitride (porous BN) = 70 vol% / 15 vol% / 15 vol%. In a polyethylene pot, 22.8 g of AlN powder (“High thermal conductivity AlN filler FAN-f05” manufactured by Furukawa Electronics Co., Ltd., average particle diameter 5 μm, thermal conductivity 170 W/mK), which is isotropic high thermal conductivity particles, was placed in a polyethylene pot. 3.40 g of non-porous hexagonal BN powder (3M TM boron nitride cooling filler Platelets001, average particle size 1 μm) and 17.01 g of the boric acid melamine complex obtained in Synthesis Example 1 were added, and then , 500 g of zirconia balls (3 mm diameter) and 165 g of acetone were added and mixed in a ball mill at 400 rpm for 12 hours. Thereafter, the zirconia balls were removed by filtration, and the acetone was completely removed by evaporation and vacuum drying. The obtained mixture was compressed under a hydrostatic pressure of 294 MPa, and then fired at 1800° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to obtain a compressed sintered body. After cooling this compressed sintered body to room temperature, the porosity of the boron nitride phase was determined according to the following method. The results are shown in Table 1.
次に、得られた圧縮焼結体を60秒間ミル粉砕し、目開き53μmの篩を通して粗粒子を得た。この粗粒子を分級により8μm以下の粒子を回収して、前記AlN粒子と前記BN粒子とが多孔性BNを介して結合した複合粒子(AlN/BN複合粒子)を含有する熱伝導性フィラーを得た。下記の方法に従って、前記熱伝導性フィラー中のAlN/BN複合粒子の割合を求めた。また、下記の方法に従って、前記熱伝導性フィラーの体積基準の粒度分布を測定し、最大粒子径及び平均粒子径を求めた。これらの結果を表1に示す。 Next, the obtained compressed sintered body was milled for 60 seconds and passed through a sieve with an opening of 53 μm to obtain coarse particles. The coarse particles are classified to collect particles of 8 μm or less to obtain a thermally conductive filler containing composite particles (AlN/BN composite particles) in which the AlN particles and the BN particles are bonded via porous BN. Ta. The proportion of AlN/BN composite particles in the thermally conductive filler was determined according to the following method. Further, the volume-based particle size distribution of the thermally conductive filler was measured according to the method described below, and the maximum particle size and average particle size were determined. These results are shown in Table 1.
次に、前記熱伝導性フィラー10gをトルエン100mlに分散させ、さらにヘキサメチルジシラザン(HMDS)1mlを添加した後、容器を密閉し、時々振とうしながら50℃で5時間加熱した。その後、遠心分離及びトルエン洗浄を2回繰返し、ベンゼンを用いて凍結乾燥を行い、表面がHMDSでメチル化された熱伝導性フィラーAを得た。 Next, 10 g of the thermally conductive filler was dispersed in 100 ml of toluene, and 1 ml of hexamethyldisilazane (HMDS) was added. The container was then sealed and heated at 50° C. for 5 hours with occasional shaking. Thereafter, centrifugation and toluene washing were repeated twice, and freeze-drying was performed using benzene to obtain thermally conductive filler A whose surface was methylated with HMDS.
<窒化ホウ素相の空隙率>
得られた圧縮焼結体から電子顕微鏡観察用の断面を切出し、この断面において無作為に抽出した20箇所の測定領域(縦60μm、横40μm)に、研磨剤としてダイヤモンドサスペンション及びコロイダルシリカを用いて研磨機(ビューラー社製「ミニメットTM1000」)により機械研磨を施した後、小型プラズマ装置(ヤマト科学株式会社製「PR300」)を用いて120Wで3分間の酸素プラズマエッチングを施し、さらに、オスミウムコーターを用いてオスミウムコーティングを施した。得られた測定用断面を走査型電子顕微鏡(株式会社日立ハイテクノロジーズ製「NB-5000」)を用いて観察した。
<Porosity of boron nitride phase>
A cross section for electron microscopy observation was cut from the obtained compressed sintered body, and 20 measurement areas (60 μm in length and 40 μm in width) randomly extracted from this cross section were coated with diamond suspension and colloidal silica as abrasives. After mechanical polishing was performed using a polishing machine ("Minimet TM 1000" manufactured by Buehler), oxygen plasma etching was performed for 3 minutes at 120 W using a small plasma device ("PR300" manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.), and further, osmium Osmium coating was applied using a coater. The obtained measurement cross section was observed using a scanning electron microscope ("NB-5000" manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation).
得られたSEM像において、BN相に相当する領域の合計面積及びBN相内の空隙に相当する領域の合計面積を求め、下記式:
BN相の空隙率[vol%]=BN相内の空隙に相当する領域の合計面積/{BN相内の空隙に相当する領域の合計面積+BN相に相当する領域の合計面積}×100
により各測定領域におけるBN相の空隙率を算出し、20箇所の測定領域におけるBN相の空隙率の平均値を求めた。
In the obtained SEM image, the total area of the region corresponding to the BN phase and the total area of the region corresponding to the voids in the BN phase are determined and calculated using the following formula:
Porosity of BN phase [vol%] = Total area of regions corresponding to voids in BN phase / {Total area of regions corresponding to voids in BN phase + Total area of regions corresponding to BN phase} × 100
The porosity of the BN phase in each measurement region was calculated, and the average value of the porosity of the BN phase in the 20 measurement regions was determined.
<AlN/BN複合粒子の割合>
得られた熱伝導性フィラーを走査型電子顕微鏡(株式会社日立ハイテクノロジーズ製「NB-5000」)を用いて観察した。得られたSEM像において、明度と形状に基づいて、
(i)AlN粒子
(ii)表面の少なくとも一部がBN粒子で被覆されているAlN粒子(AlN/BN複合粒子)
を抽出し、視野内の(i)AlN粒子の数及び(ii)AlN/BN複合粒子の数をそれぞれ求め、視野内の全てのAlN粒子のうちのBN粒子で被覆されているAlN粒子の割合{(ii)/[(i)+(ii)]}を算出した。この割合を10視野について求め、その平均値を求めた。
<Ratio of AlN/BN composite particles>
The obtained thermally conductive filler was observed using a scanning electron microscope (“NB-5000” manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). In the obtained SEM image, based on the brightness and shape,
(i) AlN particles (ii) AlN particles whose surfaces are at least partially covered with BN particles (AlN/BN composite particles)
Extract (i) the number of AlN particles and (ii) the number of AlN/BN composite particles in the field of view, and calculate the proportion of AlN particles covered with BN particles among all AlN particles in the field of view. {(ii)/[(i)+(ii)]} was calculated. This ratio was determined for 10 visual fields, and the average value was determined.
<熱伝導性フィラーの粒径分布>
得られた熱伝導性フィラーをエタノールに分散させ、レーザ回折・散乱式粒子径分布測定装置(マイクロトラック・ベル株式会社製「MT3300EX」)を用いて、レーザ回折・散乱法により前記熱伝導性フィラーの体積基準の粒径分布を測定した。
<Particle size distribution of thermally conductive filler>
The obtained thermally conductive filler was dispersed in ethanol, and the thermally conductive filler was measured using a laser diffraction/scattering method using a laser diffraction/scattering particle size distribution measuring device ("MT3300EX" manufactured by Microtrac Bell Co., Ltd.). The particle size distribution on a volume basis was measured.
(調製例2)
平均粒子径が5μmの前記AlN粉末(古河電子株式会社製「高熱伝導AlNフィラーFAN-f05」)の代わりに等方性の高熱伝導性粒子である平均粒子径が1μmのAlN粉末(株式会社トクヤマ製「高純度窒化アルミニウム粉末・顆粒 Eグレード」、熱伝導率180W/mK)を用い、得られる圧縮焼結体の組成比がAlN粒子/BN粒子/多孔性BN=80vol%/10vol%/10vol%となるように、前記AlN粉末22.8g、前記BN粉末1.98g及び前記ホウ酸メラミン錯体9.98gを混合した以外は調製例1と同様にして圧縮成形体を調製し、さらに、前記AlN粒子と前記BN粒子とが多孔性BNを介して結合した複合粒子(AlN/BN複合粒子)を含有する熱伝導性フィラーを調製した。調製例1と同様にして、窒化ホウ素相の空隙率、前記熱伝導性フィラー中のAlN/BN複合粒子の割合、前記熱伝導性フィラーの最大粒子径及び平均粒子径を求めた。これらの結果を表1に示す。また、調製例1と同様にして、表面がHMDSでメチル化された熱伝導性フィラーBを得た。
(Preparation example 2)
Instead of the AlN powder with an average particle size of 5 μm (“High Thermal Conductive AlN Filler FAN-f05” manufactured by Furukawa Electronics Co., Ltd.), we used AlN powder with an average particle size of 1 μm (Tokuyama Co., Ltd.), which is isotropic and highly thermally conductive particles. "High Purity Aluminum Nitride Powder/Granules E Grade" (thermal conductivity: 180 W/mK) manufactured by Manufacturer Co., Ltd. The composition ratio of the compressed sintered body obtained was AlN particles/BN particles/porous BN = 80 vol%/10 vol%/10 vol. A compression molded body was prepared in the same manner as in Preparation Example 1 except that 22.8 g of the AlN powder, 1.98 g of the BN powder, and 9.98 g of the boric acid melamine complex were mixed so that the A thermally conductive filler containing composite particles (AlN/BN composite particles) in which AlN particles and the BN particles were bonded via porous BN was prepared. In the same manner as in Preparation Example 1, the porosity of the boron nitride phase, the proportion of AlN/BN composite particles in the thermally conductive filler, and the maximum particle size and average particle size of the thermally conductive filler were determined. These results are shown in Table 1. Further, in the same manner as in Preparation Example 1, thermally conductive filler B whose surface was methylated with HMDS was obtained.
(実施例1)
調製例1で得られた、表面がHMDSでメチル化された前記熱伝導性フィラーA362mg、真球状シリカナノ粒子(信越化学工業株式会社製「信越シリコーンQSB-170」、平均粒子径:170nm)3.6mg、酸化亜鉛グリース(信越化学工業株式会社製「信越シリコーンG-776」、酸化亜鉛粒子含有量:40vol%、酸化亜鉛粒子の平均粒子径:0.8μm)359mg及びシリコーンオイル(東レ・ダウコーニング株式会社製「SRX310」)177mgを混合し、得られた混合物を、自転・公転ミキサー(株式会社シンキー製「あわとり練太郎ARV-310」)を用いて1200rpmで2分間、さらに2000rpmで2分間攪拌してグリース組成物(熱伝導性フィラーA:28vol%、酸化亜鉛粒子:12vol%)を得た。
(Example 1)
362 mg of the thermally conductive filler A whose surface was methylated with HMDS obtained in Preparation Example 1, true spherical silica nanoparticles ("Shin-Etsu Silicone QSB-170" manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., average particle diameter: 170 nm)3. 6 mg, zinc oxide grease (Shin-Etsu Silicone G-776 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., zinc oxide particle content: 40 vol%, average particle diameter of zinc oxide particles: 0.8 μm), 359 mg, and silicone oil (Toray Dow Corning) 177 mg of "SRX310" manufactured by Co., Ltd.) were mixed, and the resulting mixture was mixed at 1200 rpm for 2 minutes and then at 2000 rpm for 2 minutes using an autorotation/revolution mixer ("Awatori Rentaro ARV-310" manufactured by Thinky Co., Ltd.). A grease composition (thermally conductive filler A: 28 vol%, zinc oxide particles: 12 vol%) was obtained by stirring.
(実施例2)
調製例1で得られた、表面がHMDSでメチル化された前記熱伝導性フィラーA289mg、調製例2で得られた、表面がHMDSでメチル化された前記熱伝導性フィラーB72mg、真球状シリカナノ粒子(信越化学工業株式会社製「信越シリコーンQSB-170」、平均粒子径:170nm)3.6mgを乾式混合して、前記2種類の熱伝導性フィラーの表面に真球状シリカナノ粒子を吸着させた。表面に真球状シリカナノ粒子が吸着した前記2種類の熱伝導性フィラーと酸化亜鉛グリース(信越化学工業株式会社製「信越シリコーンG-776」、酸化亜鉛粒子含有量:40vol%、酸化亜鉛粒子の平均粒子径:0.8μm)359mg及びシリコーンオイル(東レ・ダウコーニング株式会社製「SRX310」)177mgを混合し、得られた混合物を実施例1と同様に撹拌してグリース組成物(熱伝導性フィラーA:22.4vol%、熱伝導性フィラーB:5.6vol%、酸化亜鉛粒子:12vol%)を得た。
(Example 2)
289 mg of the thermally conductive filler A whose surface was methylated with HMDS obtained in Preparation Example 1, 72 mg of the thermally conductive filler B whose surface was methylated with HMDS obtained in Preparation Example 2, true spherical silica nanoparticles (Shin-Etsu Silicone QSB-170, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., average particle diameter: 170 nm) was dry mixed to adsorb true spherical silica nanoparticles on the surfaces of the two types of thermally conductive fillers. The above two types of thermally conductive fillers with spherical silica nanoparticles adsorbed on the surface and zinc oxide grease ("Shin-Etsu Silicone G-776" manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., zinc oxide particle content: 40 vol%, average of zinc oxide particles) Particle size: 0.8 μm) and 177 mg of silicone oil (SRX310 manufactured by Dow Corning Toray Industries, Inc.) were mixed, and the resulting mixture was stirred in the same manner as in Example 1 to form a grease composition (thermally conductive filler). A: 22.4 vol%, thermally conductive filler B: 5.6 vol%, zinc oxide particles: 12 vol%) were obtained.
(実施例3)
前記熱伝導性フィラーAの量を350mgに、前記熱伝導性フィラーBの量を39mgに、前記真球状シリカナノ粒子の量を3.9mgに、前記酸化亜鉛グリースの量を386mgに、前記シリコーンオイルの量を159mgに変更した以外は実施例2と同様に撹拌してグリース組成物(熱伝導性フィラーA:27.1vol%、熱伝導性フィラーB:3vol%、酸化亜鉛粒子:12.9vol%)を得た。
(Example 3)
The amount of the thermally conductive filler A is 350 mg, the amount of the thermally conductive filler B is 39 mg, the amount of the true spherical silica nanoparticles is 3.9 mg, the amount of the zinc oxide grease is 386 mg, and the silicone oil is A grease composition (thermal conductive filler A: 27.1 vol%, thermal conductive filler B: 3 vol%, zinc oxide particles: 12.9 vol%) was prepared by stirring in the same manner as in Example 2, except that the amount of was changed to 159 mg. ) was obtained.
(比較例1)
グリース組成物として、酸化亜鉛グリース(信越化学工業株式会社製「信越シリコーンG-776」、酸化亜鉛粒子含有量:40vol%、酸化亜鉛粒子の平均粒子径:0.8μm)をそのまま使用した。
(Comparative example 1)
As the grease composition, zinc oxide grease ("Shin-Etsu Silicone G-776" manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., zinc oxide particle content: 40 vol%, average particle diameter of zinc oxide particles: 0.8 μm) was used as it was.
(比較例2)
調製例1で得られた、表面がHMDSでメチル化された前記熱伝導性フィラーA500mg、真球状シリカナノ粒子(信越化学工業株式会社製「信越シリコーンQSB-170」、平均粒子径:170nm)5mgを乾式混合して、前記熱伝導性フィラーAの表面に真球状シリカナノ粒子を吸着させた。表面に真球状シリカナノ粒子が吸着した前記熱伝導性フィラーA及びシリコーンオイル(東レ・ダウコーニング株式会社製「SRX310」)253mgを混合し、得られた混合物を実施例1と同様に撹拌してグリース組成物(熱伝導性フィラーA:40vol%)を得た。
(Comparative example 2)
500 mg of the thermally conductive filler A whose surface was methylated with HMDS obtained in Preparation Example 1, and 5 mg of true spherical silica nanoparticles ("Shin-Etsu Silicone QSB-170" manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., average particle diameter: 170 nm). The spherical silica nanoparticles were adsorbed onto the surface of the thermally conductive filler A by dry mixing. The thermally conductive filler A having spherical silica nanoparticles adsorbed on its surface and 253 mg of silicone oil ("SRX310" manufactured by Dow Corning Toray Industries, Inc.) were mixed, and the resulting mixture was stirred in the same manner as in Example 1 to prepare grease. A composition (thermally conductive filler A: 40 vol%) was obtained.
(比較例3)
高熱伝導グリース(TIMTRONICS社製「Silver Ice 710NS」)に遠心分離(4800rpm、1分間)とトルエン洗浄を施してフィラーを分離回収し、得られたフィラーを真空乾燥した。このフィラーのX線回折パターンを測定したところ、前記フィラーが銀フィラーであることが確認された。また、前記銀フィラーの平均粒子径は2.5μmであった。さらに、銀フィラーの質量分率、銀の密度及びオイルの密度(1g/cm3とした)から、前記グリース中の銀フィラーの体積分率を求めたところ、23vol%であった。この銀フィラーを含有するグリースをグリース組成物としてそのまま使用した。
(Comparative example 3)
High thermal conductivity grease (Silver Ice 710NS manufactured by TIMTRONICS) was centrifuged (4800 rpm, 1 minute) and washed with toluene to separate and collect the filler, and the obtained filler was vacuum dried. When the X-ray diffraction pattern of this filler was measured, it was confirmed that the filler was a silver filler. Moreover, the average particle diameter of the silver filler was 2.5 μm. Furthermore, the volume fraction of the silver filler in the grease was determined from the mass fraction of the silver filler, the density of silver, and the density of the oil (1 g/cm 3 ), and was found to be 23 vol %. The grease containing this silver filler was used as it is as a grease composition.
(比較例4)
調製例1で得られた、表面がHMDSでメチル化された前記熱伝導性フィラーA245mg、調製例2で得られた、表面がHMDSでメチル化された前記熱伝導性フィラーB63mg、真球状シリカナノ粒子(信越化学工業株式会社製「信越シリコーンQSB-170」、平均粒子径:170nm)3.0mgを乾式混合して、前記2種類の熱伝導性フィラーの表面に真球状シリカナノ粒子を吸着させた。表面に真球状シリカナノ粒子が吸着した前記2種類の熱伝導性フィラーと前記銀フィラー含有グリース(TIMTRONICS社製「Silver Ice 710NS」、銀フィラーの平均粒子径:2.5μm、銀フィラー含有量:23vol%)613mg及びシリコーンオイル(東レ・ダウコーニング株式会社製「SRX310」)126mgを混合し、得られた混合物を実施例1と同様に撹拌してグリース組成物(熱伝導性フィラーA:22.4vol%、熱伝導性フィラーB:5.6vol%、銀フィラー:12vol%)を得た。
(Comparative example 4)
245 mg of the thermally conductive filler A whose surface was methylated with HMDS obtained in Preparation Example 1, 63 mg of the thermally conductive filler B whose surface was methylated with HMDS obtained in Preparation Example 2, true spherical silica nanoparticles (Shin-Etsu Silicone QSB-170, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., average particle diameter: 170 nm) was dry mixed to adsorb true spherical silica nanoparticles on the surfaces of the two types of thermally conductive fillers. The two types of thermally conductive fillers with true spherical silica nanoparticles adsorbed on the surface and the silver filler-containing grease (Silver Ice 710NS manufactured by TIMTRONICS, average particle diameter of silver filler: 2.5 μm, silver filler content: 23 vol) %) and 126 mg of silicone oil ("SRX310" manufactured by Dow Corning Toray Co., Ltd.) were mixed, and the resulting mixture was stirred in the same manner as in Example 1 to form a grease composition (thermally conductive filler A: 22.4 vol). %, thermally conductive filler B: 5.6 vol%, silver filler: 12 vol%).
(比較例5)
グリース(MOMENTIVE社製「SilCool TIG400BX」)に遠心分離(4800rpm、1分間)とトルエン洗浄を施してフィラーを分離回収し、得られたフィラーを真空乾燥した。このフィラーのX線回折パターンを測定したところ、前記フィラーがアルミナフィラーであることが確認された。また、前記アルミナフィラーの平均粒子径は7.3μmであった。さらに、アルミナフィラーの質量分率、アルミナの密度及びオイルの密度(1g/cm3とした)から、前記グリース中のアルミナフィラーの体積分率を求めたところ、87.8vol%であった。このアルミナフィラーを含有するグリースをグリース組成物としてそのまま使用した。
(Comparative example 5)
Grease ("SilCool TIG400BX" manufactured by MOMENTIVE) was subjected to centrifugation (4800 rpm, 1 minute) and toluene washing to separate and recover the filler, and the obtained filler was vacuum-dried. When the X-ray diffraction pattern of this filler was measured, it was confirmed that the filler was an alumina filler. Moreover, the average particle diameter of the alumina filler was 7.3 μm. Further, the volume fraction of the alumina filler in the grease was determined from the mass fraction of the alumina filler, the density of the alumina, and the density of the oil (assumed to be 1 g/cm 3 ), and was found to be 87.8 vol %. The grease containing this alumina filler was used as it is as a grease composition.
(比較例6)
調製例1で得られた、表面がHMDSでメチル化された前記熱伝導性フィラーA245mg、調製例2で得られた、表面がHMDSでメチル化された前記熱伝導性フィラーB63mg、真球状シリカナノ粒子(信越化学工業株式会社製「信越シリコーンQSB-170」、平均粒子径:170nm)3.0mgを乾式混合して、前記2種類の熱伝導性フィラーの表面に真球状シリカナノ粒子を吸着させた。表面に真球状シリカナノ粒子が吸着した前記2種類の熱伝導性フィラーと前記アルミナ含有グリース(MOMENTIVE社製「SilCool TIG400BX」、アルミナフィラーの平均粒子径:7.3μm、アルミナフィラー含有量:87.8vol%)198mg及びシリコーンオイル(東レ・ダウコーニング株式会社製「SRX310」)253mgを混合し、得られた混合物を実施例1と同様に撹拌してグリース組成物(熱伝導性フィラーA:22.4vol%、熱伝導性フィラーB:5.6vol%、銀フィラー:12vol%)を得た。
(Comparative example 6)
245 mg of the thermally conductive filler A whose surface was methylated with HMDS obtained in Preparation Example 1, 63 mg of the thermally conductive filler B whose surface was methylated with HMDS obtained in Preparation Example 2, true spherical silica nanoparticles (Shin-Etsu Silicone QSB-170, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., average particle diameter: 170 nm) was dry mixed to adsorb true spherical silica nanoparticles on the surfaces of the two types of thermally conductive fillers. The two types of thermally conductive fillers with true spherical silica nanoparticles adsorbed on their surfaces and the alumina-containing grease ("SilCool TIG400BX" manufactured by MOMENTIVE), average particle diameter of alumina filler: 7.3 μm, alumina filler content: 87.8 vol %) and 253 mg of silicone oil ("SRX310" manufactured by Dow Corning Toray Co., Ltd.) were mixed, and the resulting mixture was stirred in the same manner as in Example 1 to form a grease composition (thermally conductive filler A: 22.4 vol). %, thermally conductive filler B: 5.6 vol%, silver filler: 12 vol%).
<グリース組成物の熱抵抗>
実施例及び比較例で得られたグリース組成物(約4μl)を、直径14mm、厚さ1mmのセラミック板で挟持して積層板を作製し、この積層板に3MPaの圧力を印加した状態でキセノンフラッシュアナライザー(NETZSCH社製「LFA447 NanoFlash」)を用いて前記積層板の熱拡散率を測定した。また、マイクロメーターを用いて前記積層板の厚さを測定した。得られた前記積層板の熱拡散率及び厚さ、前記セラミック板の熱拡散率、密度、比熱、厚さ、並びにグリース組成物の密度、比熱を用いてグリース組成物の熱抵抗率を算出した。また、添加粒子(酸化亜鉛粒子、銀フィラー又はアルミナフィラー)のみを含有するグリース組成物(比較例1、3、5)に対する各グリース組成物の熱抵抗比を求めた。これらの結果を表2に示す。
<Thermal resistance of grease composition>
The grease compositions (approximately 4 μl) obtained in Examples and Comparative Examples were sandwiched between ceramic plates with a diameter of 14 mm and a thickness of 1 mm to produce a laminate, and a pressure of 3 MPa was applied to the laminate to prepare a laminate. The thermal diffusivity of the laminate was measured using a flash analyzer ("LFA447 NanoFlash" manufactured by NETZSCH). Further, the thickness of the laminate was measured using a micrometer. The thermal resistivity of the grease composition was calculated using the thermal diffusivity and thickness of the obtained laminate, the thermal diffusivity, density, specific heat, and thickness of the ceramic plate, and the density and specific heat of the grease composition. . In addition, the thermal resistance ratio of each grease composition to the grease compositions containing only additive particles (zinc oxide particles, silver filler, or alumina filler) (Comparative Examples 1, 3, and 5) was determined. These results are shown in Table 2.
表2に示したように、AlN粒子とBN粒子とが多孔性BNを介して結合した複合粒子(AlN/BN複合粒子)を含有する熱伝導性フィラーと酸化亜鉛粒子とを含有するグリース組成物(実施例1~3)は、酸化亜鉛粒子のみ(比較例1)又は前記熱伝導性フィラーのみ(比較例2)を含有するグリース組成物に比べて、熱抵抗が小さく、熱伝導性に優れていることがわかった。 As shown in Table 2, a grease composition containing a thermally conductive filler containing composite particles (AlN/BN composite particles) in which AlN particles and BN particles are bonded via porous BN, and zinc oxide particles. (Examples 1 to 3) have lower thermal resistance and superior thermal conductivity than grease compositions containing only zinc oxide particles (Comparative Example 1) or only the thermally conductive filler (Comparative Example 2). I found out that
一方、前記熱伝導性フィラーと銀フィラーとを含有するグリース組成物(比較例4)は、銀フィラーのみ(比較例3)又は前記熱伝導性フィラーのみ(比較例2)を含有するグリース組成物に比べて、熱抵抗が大きく、熱伝導性に劣ることがわかった。 On the other hand, the grease composition containing the thermally conductive filler and the silver filler (Comparative Example 4) is different from the grease composition containing only the silver filler (Comparative Example 3) or only the thermally conductive filler (Comparative Example 2). It was found that the thermal resistance was higher and the thermal conductivity was lower than that of the
また、前記熱伝導性フィラーとアルミナフィラーとを含有するグリース組成物(比較例6)は、アルミナフィラー(比較例5)又は前記熱伝導性フィラーのみ(比較例2)を含有するグリース組成物に比べて、熱抵抗が極めて大きく、熱伝導性に更に劣ることがわかった。 Furthermore, the grease composition containing the thermally conductive filler and the alumina filler (Comparative Example 6) is different from the grease composition containing the alumina filler (Comparative Example 5) or only the thermally conductive filler (Comparative Example 2). In comparison, it was found that the thermal resistance was extremely large and the thermal conductivity was even worse.
以上の結果から、AlN粒子とBN粒子とが多孔性BNを介して結合した複合粒子(AlN/BN複合粒子)を含有する熱伝導性フィラーを含有するグリース組成物において、熱伝導性を向上させるためには、酸化亜鉛粒子を配合することが有効であることがわかった。 From the above results, thermal conductivity can be improved in a grease composition containing a thermally conductive filler containing composite particles (AlN/BN composite particles) in which AlN particles and BN particles are bonded via porous BN. It has been found that blending zinc oxide particles is effective for this purpose.
以上説明したように、本発明によれば、熱伝導性に優れたグリース組成物を得ることが可能となる。したがって、本発明のグリース組成物は、熱伝導性に優れるため、例えば、自動車、電子素子、各種電気製品等に用いられる熱伝導性グリース組成物として有用である。 As explained above, according to the present invention, it is possible to obtain a grease composition with excellent thermal conductivity. Therefore, since the grease composition of the present invention has excellent thermal conductivity, it is useful as a thermally conductive grease composition used, for example, in automobiles, electronic devices, various electrical appliances, and the like.
Claims (6)
酸化亜鉛粒子、及び
マトリックスオイルを含有し、
前記熱伝導性フィラー及び酸化亜鉛粒子が前記マトリックスオイル中に分散していることを特徴とする高熱伝導性グリース組成物。 Isotropic high thermal conductive particles having an average particle size of 0.2 to 100 μm and a thermal conductivity of 20 W/mK or more, and an average of 0.01 to 5 times the average particle size of the high thermal conductive particles. The boron nitride phase formed by the hexagonal boron nitride particles and the porous boron nitride has a porosity of 10 to 50 vol. % of the sintered body, and 40% or more of all the highly thermally conductive particles in the pulverized material have the particles on at least a portion of the surface of the highly thermally conductive particles. a thermally conductive filler forming composite particles in which the hexagonal boron nitride particles are bonded via porous boron nitride;
Contains zinc oxide particles and matrix oil,
A highly thermally conductive grease composition characterized in that the thermally conductive filler and zinc oxide particles are dispersed in the matrix oil.
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