[發(fā)明專利]一種超微細(xì)電熱材料復(fù)合加工工藝

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310596955.3
• 申請(qǐng)日: 2013-11-22
• 公開（公告）號(hào): CN103813486A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于洪洲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 于洪洲
• 主分類號(hào): H05B3/14
• 分類號(hào): H05B3/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種碳質(zhì)的電熱材料導(dǎo)熱系數(shù)高的熱交換材料制備工藝，尤其是一種超微細(xì)電熱材料復(fù)合加工工藝。

技術(shù)背景：

隨著越來越復(fù)雜的電子設(shè)備的發(fā)展，包括能夠提高處理速度和更高頻率，具有更小尺寸和更復(fù)雜的功率需求，和顯示出其它技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的那些電子設(shè)備，例如電子和電氣組件及系統(tǒng)還有其它器件如高功率的光學(xué)器件中的微處理器和集成電路，可以產(chǎn)生相對(duì)極端的溫度。然而，微處理器、集成電路和其它復(fù)雜電子組件典型地僅在一定的臨界溫度范圍內(nèi)有效地運(yùn)行。在這些遠(yuǎn)件運(yùn)行期間產(chǎn)生的過量熱不僅能夠損害它們自己的性能，而且還能夠降低整個(gè)系統(tǒng)的性能和可靠性，甚至能夠引起系統(tǒng)故障。愈加寬泛的環(huán)境條件范圍，其包括電子系統(tǒng)在其中如期運(yùn)行的溫度極限，加劇了過量熱的負(fù)效應(yīng)。

隨著對(duì)從微型電子器件中散熱的需求的增長，熱控制變成電子產(chǎn)品日益重要的設(shè)計(jì)因素。電子設(shè)備的性能可靠性和預(yù)期壽命與設(shè)備組件的溫度成相反關(guān)系。例如，器件如典型硅半導(dǎo)體的運(yùn)行溫度的降低可以對(duì)應(yīng)處理速度、可靠性和預(yù)期壽命的增加。因此，為了使組件的壽命和可靠性最大化，將器件運(yùn)行溫度控制在由設(shè)計(jì)者設(shè)置的界限中是極為重要的。

現(xiàn)有的這些散熱設(shè)備使熱從熱源例如發(fā)熱的電子器件的表面容易的散發(fā)到較冷的環(huán)境中，通常為空氣中。散熱設(shè)備主要通過增加直接與空氣或其它熱傳遞介質(zhì)接觸的表面積，試圖提高電子器件和周圍空氣之間的熱傳遞效率。這使更多的熱被分散，并且因此降低電子器件運(yùn)行溫度。散熱組件的主要目的是要幫助將器件溫度維持在由它的設(shè)計(jì)者/制造者指定的最大允許溫度以下。

目前典型地散熱裝置一般由金屬形成，尤其是銅或鋁，歸因于像銅這樣的金屬能夠容易的吸熱并且能夠?qū)徂D(zhuǎn)移到它的整個(gè)結(jié)構(gòu)周圍。銅散熱設(shè)備經(jīng)常由散熱片或其它結(jié)構(gòu)形成以增加散熱設(shè)備的表面積，空氣被（例如風(fēng)扇）強(qiáng)制穿過或通過散熱片以使得熱從電子組件中通過銅散熱設(shè)備散發(fā)到空氣中。使用銅或鋁散熱部件能帶來不少問題，因?yàn)榻饘俚闹亓浚绕湓谏峤M件的散熱面積明顯大于電子器件的面積時(shí)。例如,每立方厘米的純銅重8.96克（g/cm³）以及純鋁重2.70g/cm³。在許多應(yīng)用中，幾種散熱設(shè)備需要設(shè)置在例如電路板上以散發(fā)來自板上各個(gè)組件的熱。如果使用金屬散熱設(shè)備，板上金屬的純重量能夠增加板破裂的機(jī)會(huì)或其它同樣不希望影響的機(jī)會(huì)，并且增加組件自身的重量。對(duì)于便攜式電子設(shè)備，尤其需要減少重量同時(shí)維持散熱特性的任何方法。

因石油飆漲及不可回收天然資源的短缺,找出替代鋁及銅之材料是目前最重要的課題。而作為導(dǎo)熱系數(shù)高于銅導(dǎo)熱系數(shù)380W/mK跟鋁導(dǎo)熱系數(shù)240W/mK的散熱材料代表是鉆石,鉆石是碳組成的晶體形式，鉆石的導(dǎo)熱系數(shù)最高為2000W/mK,但鉆石價(jià)格的昂貴及取得不易是無法取代銅跟鋁最重要的問題。如何增加導(dǎo)熱系數(shù),生產(chǎn)容易及降低成本以滿足不同熱管理的系統(tǒng)需要，已成為了一個(gè)急待解決的課題。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有散熱材料技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，尋求一種為了解決熱管理系統(tǒng)上的技術(shù)問題而提供一種超微細(xì)電熱材料復(fù)合加工工藝。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明使用的原始材料包含膨脹(酸化)石墨、納米級(jí)石墨粉及納米級(jí)中間相碳粉在不同重量百分比例的混合下經(jīng)過高溫、高壓、碳化、石墨化制成納米級(jí)超高導(dǎo)熱碳復(fù)合材料。

本發(fā)明中納米級(jí)超高導(dǎo)熱碳復(fù)合材料的制造方法是：先將膨脹石墨、納米級(jí)石墨粉及納米級(jí)中間相碳粉放入高溫反應(yīng)爐中混合,再將混合物經(jīng)模壓、輥壓或射出成形,最后對(duì)上述材料依照導(dǎo)熱系數(shù)不同進(jìn)行碳化、石墨化以制成導(dǎo)熱系數(shù)700W/mK以上之納米級(jí)超高導(dǎo)熱體。具體步驟為：先選用重量百分比為40%-80%含碳量為90%以上的膨脹(酸化)石墨和10%-30%含碳量90%以上納米級(jí)（鱗片）石墨粉及10%-30%納米級(jí)中間相碳粉,逐漸依比例放入高溫反應(yīng)爐，控制反應(yīng)爐溫度為350℃-500℃中逐漸升溫混合2-5小時(shí),得到濃稠碳混合液體；然后將濃稠碳混合液體于350℃-500℃溫度中經(jīng)模壓、輥壓或射出并在大于120MPa的壓力下成形；再經(jīng)碳化、石墨化制成各種形狀的納米級(jí)超高導(dǎo)熱碳復(fù)合材料。

本發(fā)明所采用納米級(jí)（鱗片）石墨粉及納米級(jí)中間相碳粉原料最好為高純度納米級(jí)原料；濃稠碳混合液體經(jīng)模壓、輥壓或射出成形其壓力最好大于150MPa；其溫度最好大于450℃。濃稠碳混合液體經(jīng)模壓,輥壓或射出成形之產(chǎn)品須經(jīng)過1000℃碳化及最好3000℃石墨化處理方能達(dá)到最高導(dǎo)熱系數(shù)之產(chǎn)品。