[發明專利]一種制備高導熱石墨材料的方法

有效

• 申請號: 200910074263.6
• 申請日: 2009-04-28
• 公開（公告）號: CN101538036A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發明（設計）人: 郭全貴;劉占軍;劉朗;宋進仁
• 申請（專利權）人: 中國科學院山西煤炭化學研究所
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 山西五維專利事務所（有限公司）
• 代理人: 李 毅

技術領域

本發明屬于一種制備石墨材料的方法，具體地說涉及一種快速制備高導熱石墨材料的方法。

背景技術

高功率密度電子器件和高端電子工業器件等逐漸向小型化、結構緊湊化、高功率密度化發展，由此引發了散熱問題對器件的工作穩定性和可靠性提出嚴峻的挑戰，從而對其運行過程中產生的熱量強化導出與放散提出了更高的要求。目前一般的散熱材料所使用的散熱片基材(如民用高端電子器件、LED用芯片材料、工業裝置用換熱器等)幾乎都是鋁合金，但鋁并不是導熱系數(237W/m.K)最高的金屬材料。金和銀的導熱性能較好，但缺點就是價格太高；銅的導熱系數(398W/m.K)次之，但銅除了價格也相對較高之外，且重量大、不耐腐蝕等；此外當銅一旦發生氧化，其導熱性能和壽命將都會大大下降。

高導熱石墨材料的研發成功為高功率電子器件散熱問題的解決提供了最有效的途徑。由于該類材料質量輕(僅為傳統金屬導熱材料的1/2-1/5)，導熱率高，耐腐蝕，熱膨脹系數小，在前述需散熱的器件上取代傳統金屬材料，不僅有利于電子器件的小型化微型化和高功率密度化，而且可以有效地減輕器件的重量，增加有效載荷；同時用于我國的高端電子器件設備，亦可高效散熱、使用安全、壽命長(主要是其抗腐蝕和氧化能力強)。目前，高導熱炭材料的研究熱點主要分為兩類：第一類是高導熱碳纖維及C/C復合材料；第二類是高導熱石墨材料。碳纖維及C/C復合材料的導熱性能主要取決于纖維自身的導熱性能，而目前我國高導熱碳纖維的制備存在較大的困難；此外，C/C復合材料的制備工藝要經過樹脂或瀝青浸漬、炭化和石墨化多次循環，或者是高溫化學氣相沉積(CVI)，生產周期長，成本高，嚴重阻礙了其廣泛使用(Model?for?prediction?of?matrixmicrostructure?for?carbon/carbon?composites?prepared?by?forcedflow-thermal?gradient?CVI.J.S.Lewis，Carbon，1997，35(1)：103-112)。另一類是高導熱石墨材料，中國科學院山西煤炭化學研究所利用特殊的一次熱壓工藝已經制得導熱系數為700W/m.K以上高導熱石墨材料(Graphite?blocks?with?high?thermalconductivity?derived?from?natural?graphite?flake.Zhanjun?Liu，Carbon，2008，(3)46，414-421)，但該制備工藝不僅成本高，且所制備材料的尺寸有限，所以很難得到普遍應用。為了降低高導熱石墨材料的制備成本，近年來，中科院山西煤化所通過向石墨基體材料中引入催化劑，并利用常規的制備工藝進行了高導熱石墨材料的合成。與一般石墨材料相比，該摻雜石墨材料的導熱系數有了一定的提高，達到250W/m.K(Selection?of?candidate?doped?graphite?materials?asplasma?facing?components?for?HT-7U?device，Quangui?Guo，Journalof?nuclear?materials，2003，313-316：144-148)。但是，該類材料的制備工藝需進行多次浸漬-炭化循環，所以不僅制備周期長，且最終石墨材料的導熱性能的提升空間也受到限制。

發明內容

本發明的目的是提供一種制備周期短，導熱性能好的制備高導熱石墨材料的方法。

本發明通過對原料的優選，即主要利用天然鱗片石墨為填料，煤瀝青為粘結劑，通過簡單的熱模壓工藝，快速制備高導熱石墨材料的一種方法。

本發明的制備方法包括如下步驟：

以重量百分比組成天然鱗片石墨的含量為80-90％，煤瀝青的含量為10-20％為原料，天然鱗片石墨升溫到120-150℃后，將煤瀝青熔化成液體后，加入天然鱗片石墨進行混捏0.5-2h，混捏完畢后，將混合原料放入溫度為120-150℃的模具中，然后以200-600kg/cm²的壓力進行壓制成型并保壓5-15min，待模具溫度降至60-90℃時出模，然后將成型制品放入石墨化爐中加熱到2300-2800℃，并在最高溫度下恒溫0.5-1h，自然冷卻到50-100℃時出爐，得到高導熱石墨材料。

如上所述的天然鱗片石墨的粒度為45-600μm，碳含量為95-99％；煤瀝青軟化點為80-120℃，殘碳率為45-52wt％。

本發明的主要優點如下：