[發(fā)明專利]一種輕質(zhì)高導(dǎo)熱碳/金屬復(fù)合材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910098620.2
• 申請日: 2009-05-18
• 公開（公告）號: CN101549402A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程繼鵬;史丹;安全福;張孝彬
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F3/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 韓介梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及碳/金屬復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著復(fù)雜程度和功能以驚人的速度增加，微電子系統(tǒng)的功率在持續(xù)地增加，體積卻不斷減小。電子元件本身也是熱源，處在整個設(shè)備溫度的最高點，過高的溫升往往是導(dǎo)致電子系統(tǒng)故障和失效的致命因素。為使電子系統(tǒng)(特別是敏感電路和元器件)能持續(xù)穩(wěn)定地工作，對其進(jìn)行有效可靠的散熱顯然十分重要因此，研究和開發(fā)高效率的電子散熱材料和相關(guān)技術(shù)已刻不容緩。

石墨是碳元素的結(jié)晶體，具有比銅和銀更大的熱導(dǎo)率。沿石墨片層方向上的高導(dǎo)熱[理論值為數(shù)kW/(mK)]特性和垂直于石墨片層方向的低導(dǎo)熱[理論值為(6W/(mK))]特性與其特殊的層狀結(jié)構(gòu)有關(guān)。相比于上述金屬基導(dǎo)熱材料，碳材料的導(dǎo)熱系數(shù)明顯高，而且自身質(zhì)輕、耐腐蝕、原料價廉，在散熱材料開發(fā)方面具有更加優(yōu)越的前途和市場。此外，我國石墨礦產(chǎn)資源豐富，分布面積廣闊，地礦儲量大。

這種新型復(fù)合材料具有密度小、強度大、耐高溫、抗腐蝕、抗輻射、高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱、耐燒蝕、熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)點。運用這種材料制作散熱器，其導(dǎo)熱率高，且生產(chǎn)工藝簡單，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，能有效提高計算機(jī)的使用效率，延長汁算機(jī)的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

針對金屬材料在散熱領(lǐng)域中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種輕質(zhì)高導(dǎo)熱碳/金屬復(fù)合材料及其制備方法。

本發(fā)明的輕質(zhì)高導(dǎo)熱碳/金屬復(fù)合材料，它的組分及其重量百分比含量為：

石墨粉?????71％～96％；

Cu粉???????0％～28％；

Al粉???????0％～28％；

Ag粉???????0％～28％；

高分子粘結(jié)劑3％-4％；上述Cu粉、Al粉和Ag粉的含量不同時為0，各組分之和為100％。

上述的石墨粉的粒徑在0.1～100微米。所說的Cu粉、Al粉和Ag粉的粒徑分別在0.5～500微米。

本發(fā)明中，所說的石墨粉可以是天然鱗片石墨或人造石墨，其中，人造石墨為石墨纖維、熱解石墨、酸化石墨、膨脹石墨、柔性石墨和多孔石墨中的一種或幾種。

輕質(zhì)高導(dǎo)熱碳/金屬復(fù)合材料的制備方法，步驟如下：

按權(quán)利要求1所說的重量百分比含量稱取石墨粉、Cu粉、Al粉和Ag粉，置于密閉容器中混合，混合的同時加入高分子粘結(jié)劑，混合0.5～24小時后，烘干，制成坯體，然后在真空或者在氬氣、氫氣或氮氣保護(hù)氣氛下，于200℃以上，大于8MPa壓力下熱固成型。

上述的高分子粘結(jié)劑可以是甲基纖維素、羥己基纖維素、羧甲基纖維素、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和聚乙烯亞胺中的一種或混合物。

本發(fā)明制備工藝簡單，生產(chǎn)周期短。原料來源廣，價格便宜。制得的復(fù)合材料成品密度小、材料內(nèi)部無微裂紋，機(jī)械強度好，熱導(dǎo)率高。

具體實施方式

實施例1.

精選天然鱗片石墨粉末、銅粉、鋁粉和銀粉按照重量百分比78∶6∶6∶7混合，其余3％為甲基纖維素。混合是在轉(zhuǎn)速10000轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌器中進(jìn)行，混合的同時加入質(zhì)量濃度為10％甲基纖維素水溶液，混合攪拌1小時；120℃烘干，分散，將粉末壓制成坯體，在真空300度30MPa壓力下熱壓成型，得到輕質(zhì)高導(dǎo)熱碳/金屬復(fù)合材料。測量其沿?zé)釅悍较驅(qū)崧蕿?.5W/m·K，垂直熱壓方向?qū)崧蕿?49W/m·K。

實施例2.

熱解石墨粉末和銅粉按照重量百分比71∶25混合，其余量4％為聚丙烯酰胺?；旌鲜窃谵D(zhuǎn)速11000轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌器中進(jìn)行，混合的同時加入質(zhì)量濃度為5％聚丙烯酰胺水溶液，混合攪拌0.5小時；100℃烘干，分散，將粉末壓制成坯體，在氬氣氛中300度30MPa壓力下熱等靜壓成型，得到輕質(zhì)高導(dǎo)熱碳/金屬復(fù)合材料。測量其沿?zé)釅悍较驅(qū)崧蕿?.8W/m·K，垂直熱壓方向?qū)崧蕿?36W/m·K。

實施例3.

膨脹石墨粉末、銅粉、鋁粉按照重量百分比90∶3∶4混合，其余3％為聚乙烯醇?；旌鲜窃谵D(zhuǎn)速5000轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌器中進(jìn)行，混合的同時加入質(zhì)量濃度為10％聚乙烯醇水溶液，混合攪拌2小時；130℃烘干，分散，將粉末壓制成坯體，在真空600度50MPa壓力下超高壓燒結(jié)成型，得到輕質(zhì)高導(dǎo)熱碳/金屬復(fù)合材料。測量其沿?zé)釅悍较驅(qū)崧蕿?.1W/m·K，垂直熱壓方向?qū)崧蕿?28W/m·K。