[發明專利]天然鱗片石墨基高定向石墨材料及其制備方法

無效

• 申請號: 200910272909.1
• 申請日: 2009-11-24
• 公開（公告）號: CN101708838A
• 公開（公告）日: 2010-05-19
• 發明（設計）人: 李軒科;袁觀明;董志軍;鄧念;叢野;楊忠華;吳曉琴
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;C01B31/00
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 樊戎

技術領域

本發明屬于高定向石墨材料的技術領域。尤其涉及一種天然鱗片石墨基高定向石墨材料及其制備方法。

背景技術

目前許多前沿技術(如集成電路、電子封裝等)的迅速發展，電子元件數量和容量的逐漸增加、存儲密度和運行速度的提高都需要對器件運行產生的熱量沿一定方向進行傳導或及時消散。例如，隨著計算機的小型化和運算速度的加快，尤其是筆記本電腦小型化，要求在更小的空間內布置更多的和能量密度越來越高的小型化部件，因此如何盡快讓設備內部的熱量散發出來，變得越來越重要。而散熱的關鍵是怎樣將熱量快速定向從熱源導出，即電子器件的熱管理。如果熱管理不充分，就會導致半導體元件提前老化或是加速電子元件的熱機械損壞以及產生連接部位的熱開裂。為了保持裝置的性能和運行可靠性，具有較高導熱率、低熱膨脹系數和低密度的高性能導熱材料的開發顯得尤為重要和迫切(DTI?Global?WatchMission?Report“Developments?and?trends?in?thermal?management?technologies-a?mission?to?theUSA”，2006.)。石墨材料與傳統的金屬導熱材料相比具有較低的密度、較高的熱導率和較低的熱膨脹系數。

傳統的金屬(如鋁、銅等)散熱材料由于自身密度較大、熱膨脹系數較高、材料不純使其導熱率大幅下降等局限性，已很難滿足散熱需求。對熱管理材料來說，最重要的性能要求是材料具有較高的熱導率。目前許多科學家已認識到利用石墨材料的特殊性能可以生產出具有較高熱導性能的材料。高導熱石墨材料指具有高熱導率的石墨及其復合材料，是近年來最具發展前景的一類散熱材料，在能源、計算技術、通訊、電子、激光和空間科學、節能減排等領域具有廣闊的應用前景。一般石墨材料的常溫熱導率僅為70～150W/m·K左右(邱海鵬，劉朗.高導熱炭基功能材料.新型炭材料，2002，17，4)，而石墨(002)層面理論熱導率高達2100W/m·K(J.C.Bokros.Chemistry?and?physics?of?carbon[M]，Marcel?Dekker?Inc.NewYork，Vol.5，1969)，其比熱導率(熱導率與材料體積密度之比)是傳統金屬材料銅、銀及鋁的5～12倍。

目前國內外已有不少關于高導熱石墨材料的報道和專利。傳統的制備方法通常是將原料破碎、煅燒、粉碎、篩分，再加粘結劑混捏成型，然后多次反復浸漬焙燒，最后石墨化處理。最近改進的方法多數采用易石墨化的瀝青為粘結劑(如煤瀝青、中間相瀝青等)，與石油焦(劉朗，邱海鵬，宋永忠，史景利.一種高導熱石墨材料的制備方法.中國，01130544.4[P]，2003.06.04)或中間相瀝青焦(劉朗，高曉晴，郭全貴，史景利.一種高導熱石墨材料的制備方法.中國200410012433.5[P]，2005.03.23)混配，再在高溫(2600～3000℃)下熱壓(20～40MPa)處理得到高導熱石墨制品。但是上述方法仍或多或少存在生產周期長、成本較高，制備工藝對設備要求苛刻等不足之處。

發明內容

本發明旨在克服已有技術不足，目的是提供一種原料來源廣泛、工藝簡單、重復性好、生產周期短的天然鱗片石墨基高定向石墨材料的制備方法，用該方法制備的材料具有高導熱特點。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：將60～90wt％的天然鱗片石墨、5～30wt％的粘結劑和1～25wt％的溶劑進行混磨；再在氣氛爐內于50～450℃條件下干燥0.5～12小時；然后在模具內熱壓成型，最后進行1000～1500℃炭化和2600～3000℃石墨化即得高定向石墨材料。

在本技術方案中：天然鱗片石墨為粒徑是175～365μm、365～495μm、495～701μm、大于701μm四種粒徑中的一種以上的天然鱗片石墨；粘結劑為中間相瀝青、煤瀝青、改質煤瀝青、酚醛樹脂中的一種以上；溶劑為水、無水乙醇、二氯甲烷、乙醚、四氫呋喃、異丙醇、正己烷中的一種；混磨是在混合機或球磨機內進行，混磨速度為50～500轉/分，混磨時間為1～24小時；熱壓成型是：熱壓溫度300～800℃，升溫速率0.1～30℃/分，熱壓壓力5～40MPa，保溫保壓時間1～20小時。

由于采用上述技術方案，本發明以天然鱗片石墨為原料，價格便宜、來源廣泛；制備工藝簡單、重復性好、生產周期短；本發明所制備的石墨材料能使石墨晶體高度取向排列，從而使其熱導率進一步提高，炭化和石墨化后熱導率可達320～750W/m·K，體積密度分別為1.9～2.0g/cm³和2.0～2.1g/cm³，電阻率達到1μΩ.m。