[發(fā)明專利]一種高導(dǎo)熱裝置及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710211474.4
• 申請(qǐng)日: 2017-04-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107031137A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張傳強(qiáng);孟恒輝;耿利寅;張慶君;殷亞州;孫利霞;劉占軍;陶則超;齊亞琳;李延;楊雙景;劉杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部
• 主分類號(hào): B32B9/00
• 分類號(hào): B32B9/00;B32B9/04;B32B7/12;B32B27/06;B32B27/40;B29C65/48;B29K75/00
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心11009
• 代理人: 陳鵬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高導(dǎo)熱設(shè)備熱設(shè)計(jì)領(lǐng)域，涉及一種高導(dǎo)熱裝置及其制備方法

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)備的模塊集成度越來(lái)越高，功耗從之前的幾瓦到上百瓦量級(jí)的提升，導(dǎo)致設(shè)備部件散熱壓力越來(lái)越大。散熱設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是把設(shè)備內(nèi)部的發(fā)熱部件的熱量排散出去，因此熱量傳輸工具是關(guān)鍵。

常用的熱量傳輸工具采用以下幾種形式：(1)高導(dǎo)熱金屬材料，比如鋁、紫銅或者純銀等。這些金屬具有良好的導(dǎo)熱性能，比如紫銅的熱導(dǎo)率為400W/(m·K)左右，鋁約為200W/(m·K)左右，純銀約為600W/(m·K)左右。雖然金屬材料應(yīng)用廣泛，但弊端也很突出。首先是金屬材料密度大，重量大，其次金屬材料的導(dǎo)熱性能仍不夠好，對(duì)于衛(wèi)星、飛船等對(duì)重量要求嚴(yán)格的航天器來(lái)說(shuō)，金屬材料不能滿足導(dǎo)熱需求，同時(shí)對(duì)外安裝接口約束多，安裝不方便。(2)熱管，通過(guò)氣液兩相蒸汽循環(huán)高效實(shí)現(xiàn)熱量傳遞，導(dǎo)熱率可達(dá)100000W/(m·K)，傳熱能力相對(duì)金屬材料提升了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。但熱管在地面重力環(huán)境和空間自旋航天器離心力環(huán)境下的使用受到限制，同時(shí)為保證傳熱性能，熱管對(duì)沿線拐彎半徑有嚴(yán)格的要求，不能適應(yīng)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，一定程度上制約著熱管的應(yīng)用；(3)高導(dǎo)熱非金屬材料的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，無(wú)論是導(dǎo)熱率或重量方面都有突出的優(yōu)勢(shì)。比如高導(dǎo)熱石墨材料的平面導(dǎo)熱率已經(jīng)可以達(dá)到1000-1600W/(m·K)，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于銀，而密度卻只有銀的十分之一。但該材料的厚度太薄、強(qiáng)度較低、環(huán)境適應(yīng)性較差等原因，限制了其應(yīng)用。

基于上述的熱量傳輸工具以及現(xiàn)有熱量傳輸工具存在的弊端，目前的高導(dǎo)熱裝置，如導(dǎo)熱索、熱管等，必須采用的為定制模式，即根據(jù)發(fā)熱部件的外形輪廓開(kāi)展導(dǎo)熱裝置的設(shè)計(jì)。然而由于現(xiàn)有導(dǎo)熱裝置采用的熱量傳輸工具的柔性差，彎曲和轉(zhuǎn)彎半徑要求高，因此對(duì)導(dǎo)熱裝置德安裝部位有嚴(yán)格的要求，即安裝部位需保持平整且相對(duì)位置關(guān)系不能過(guò)于復(fù)雜，因此，現(xiàn)有的高導(dǎo)熱裝置不具有通用性，尤其是對(duì)于復(fù)雜設(shè)備外形，如對(duì)于有眾多的減重孔和加強(qiáng)筋外形的設(shè)備，導(dǎo)熱裝置的設(shè)計(jì)復(fù)雜度和實(shí)現(xiàn)難度很高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種高導(dǎo)熱裝置平面內(nèi)的導(dǎo)熱系數(shù)高，同時(shí)柔韌性好，同時(shí)提供了其制備方法，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)熱部件的柔性設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜構(gòu)型大熱耗設(shè)備的熱設(shè)計(jì)，降低了高導(dǎo)熱裝置的設(shè)計(jì)復(fù)雜度和實(shí)現(xiàn)難度。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種高導(dǎo)熱裝置，包括兩層石墨復(fù)合膜，所述兩層石墨復(fù)合膜通過(guò)膠黏劑復(fù)合；

所述每一層石墨復(fù)合膜包括復(fù)合后的至少5層石墨薄膜和兩層高分子材料薄膜，其中，相鄰兩層石墨薄膜之間以及石墨薄膜與高分子材料薄膜之間通過(guò)導(dǎo)熱膠復(fù)合；

所述兩層高分子材料薄膜中，一層高分子材料薄膜位于復(fù)合后的至少5層石墨薄膜的上表面，另外一層高分子材料薄膜位于復(fù)合后的至少5層石墨薄膜的下表面，所述復(fù)合后的至少5層石墨薄膜的上表面與高分子材料薄膜之間、以及復(fù)合后的至少5層石墨薄膜的下表面與高分子材料薄膜之間通過(guò)導(dǎo)熱膠復(fù)合。

進(jìn)一步地，所述每一層石墨薄膜的厚度為10-70um，所述石墨薄膜為300mm×50mm的矩形。

進(jìn)一步地，所述導(dǎo)熱膠膠層的厚度為10um。

進(jìn)一步地，所述高分子材料薄膜為PU聚氨酯材料薄膜，所述膠黏劑為硅橡膠或者丙烯酸膠。

進(jìn)一步地，所述每一層PU聚氨酯材料薄膜的厚度為25um。

一種高導(dǎo)熱裝置的制備方法，包括如下步驟：

(1)以聚酰亞胺為前軀體制備至少5層石墨薄膜；

(2)從通過(guò)步驟(1)制備的至少5層石墨薄膜中每一層石墨薄膜的一端開(kāi)始，均勻在相鄰兩層石墨薄膜之間的接觸表面上刷涂導(dǎo)熱膠，形成復(fù)合后的至少5層石墨薄膜；

(3)在通過(guò)步驟(2)復(fù)合后的至少5層石墨薄膜的上表面和下表面均通過(guò)導(dǎo)熱膠與高分子材料薄膜復(fù)合，形成一層石墨復(fù)合膜；

(4)將步驟(3)中的石墨復(fù)合膜放置于金屬模具中，進(jìn)行常溫抽真空加壓和靜置固化；

(5)重復(fù)步驟(1)-(4)再次得到所述石墨復(fù)合膜，將兩層石墨復(fù)合膜通過(guò)膠黏劑復(fù)合，并放置到金屬模具中進(jìn)行常溫加壓和靜置固化后，得到所述高導(dǎo)熱裝置。

進(jìn)一步地，每一層石墨薄膜的厚度為10-70um，所述石墨薄膜為300mm×50mm的矩形，所述膠層的厚度為10um。

進(jìn)一步地，所述高分子材料薄膜為PU聚氨酯材料薄膜，厚度為25um，所述膠黏劑為硅橡膠或者丙烯酸膠。

進(jìn)一步地，所述每一層石墨薄膜對(duì)應(yīng)的聚酰亞胺的厚度為35um。