[發(fā)明專利]一種定向高導熱低膨脹石墨鋁復合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310022594.1
• 申請日: 2013-01-22
• 公開（公告）號: CN103014400A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設計）人: 武高輝;李文君;陳國欽;姜龍濤;張強;康鵬超;茍華松
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C21/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 韓末洙

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種金屬基石墨復合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著電子設備向高性能、小型化發(fā)展，導致功率密度增加、熱流密度增大，功率器件的熱管理顯得愈加重要，設計領域的技術(shù)瓶頸對新型高性能熱管理材料產(chǎn)生迫切需求。作為一個理想的熱管理材料，鱗片石墨鋁新型復合材料具有質(zhì)量輕、較低的和可剪裁的熱膨脹系數(shù)、高導熱性能、低制造成本和適宜的機械加工性能，在熱管理領域呈現(xiàn)出巨大的技術(shù)優(yōu)勢。

從2001年到2010年，金屬基復合材料在熱管理領域需求量從886噸上升到1562噸，依然無法滿足需求。如今，在電子封裝熱管理領域應用的金屬基復合材料主要為SiC/Al、Diamond/Cu、C_f/Al等。SiC/Al復合材料在商業(yè)應用領域取得了巨大的進展，是目前電子封裝領域商業(yè)化最成熟、最廣泛的金屬基復合材料。美國CPS?Technologies公司設計開發(fā)了新型凈近成型工藝，以適合批量生產(chǎn)，其產(chǎn)品在SiC/Al復合材料領域市場占有量在一半以上。但隨著高功率密度的電子和微電子器件的發(fā)展，相對低的熱導率使SiC/Al復合材料（SiC/Al熱導率最高報導為250W/mK）在熱管理領域的應用受到限制。為了進一步提高金屬基復合材料的導熱性能，碳作為極具吸引力的增強體被世界各國科學家爭相研究，如石墨（石墨顆粒、石墨泡沫、熱解石墨和晶質(zhì)鱗片石墨等），納米碳管、碳纖維和金剛石等。Diamond/C具有高導熱率（最高可達600W/mK以上）和低熱膨脹系數(shù)的特點，滿足高功率密度電子封裝熱管理的要求，但可加工性差，生產(chǎn)成本過于昂貴。納米碳管具有非常高的導熱率，最高可達3000W/mK，但納米碳管在金屬基體中的分散和定向排列一直是技術(shù)上的難點，使其一直停留在實驗室階段，無法走向大規(guī)模應用。C_f/Al具有較高的熱導率，特別是短纖維C_f/Al呈現(xiàn)出巨大的應用潛力，已成功應用于國外軍用飛機，但是制備工藝困難以及高昂的價格，使其無法普及。電子封裝熱管理領域?qū)Ω咝阅苄虏牧系木薮笮枨螅约敖饎偸~的昂貴價格，市場對性能優(yōu)異的石墨/金屬復合材料產(chǎn)生迫切需求。

鱗片石墨具有較高的石墨化度、完美的晶體取向、較大的晶粒尺寸和廣泛的分布，用其作為增強體可呈現(xiàn)優(yōu)異的熱物理性能，低成本和優(yōu)良的可加工性，石墨鱗片/金屬復合材料在熱管理領域已呈現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢，具有替代金剛石銅的潛力。鱗片石墨的熱導率呈現(xiàn)明顯的各向異性，鱗片石墨沿片層方向熱導率最大，垂直鱗片片層方向熱導率低。大的石墨鱗片是由小鱗片亞結(jié)構(gòu)組成，經(jīng)粉碎可形成無數(shù)小片。理論分析認為，理想情況下，石墨鱗片高度定向排列可獲得最佳熱導率，高致密、無夾雜是獲得高品質(zhì)復合材料的最佳條件。但是，難點在于如何使石墨和鋁基體潤濕、界面結(jié)合，并使鋁浸滲到石墨片亞結(jié)構(gòu)內(nèi)部，制備出沒有空隙，沒有雜質(zhì)的的復合材料。