[發(fā)明專利]超高熱導率的定向排列石墨烯鎂基合金、制備方法及裝置

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• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109439987A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發(fā)明（設計）人: 李俊竺;田博;姜小川;董豪聰;王洪煒
• 申請（專利權）人: 廈門十一維科技有限公司
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;C22C23/04;C22C32/00;C22C1/10
• 代理公司: 青島發(fā)思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 鞏同海

本發(fā)明屬于材料技術領域，涉及超高熱導率的定向排列石墨烯鎂基合金、制備方法和制備裝置。本發(fā)明提供的定向排列石墨烯鎂基合金由鎂合金基體和分布在基體中的石墨烯納米片組成，其中石墨烯納米片在基體中定向排列。本發(fā)明還提供了制備方法，包括以下步驟：(1)將石墨烯、鎂和摻雜金屬合金混合熔煉；(2)熔煉混勻的石墨烯合金熔體降溫后，保溫并外加磁場，內部石墨烯定向排布，再固化后獲得超高熱導率的定向排列石墨烯鎂基合金。本發(fā)明制得的定向排列石墨烯鎂基合金，利用二維石墨烯的抗磁性使其在鎂合金基體中定向排列，從而提高材料的高導熱性能，同時利用石墨烯可降低鎂的化學活性。

技術領域

本發(fā)明屬于材料技術領域，涉及定向石墨烯材料，具體涉及超高熱導率的定向排列石墨烯鎂基合金、制備方法及裝置。

背景技術

隨著現(xiàn)代工業(yè)日新月異的發(fā)展，對設備的散熱部件進行熱管理，提高材料的散熱性能，已逐漸引起重視。鎂合金作為目前最輕的金屬結構材料，鎂及鎂合金比樹脂、塑料產品散熱性能好，用來制造元件密集的電子產品，或電子產品的外殼、零部件，可以充分發(fā)揮其散熱的優(yōu)勢。其零部件的散熱性能目前也受到了極大的關注。

純鎂的導熱系數(shù)為158W/m·K，在常用金屬結構材料中僅次于純銅及純鋁，因此在某些對散熱性能、力學性能及輕量化有特殊要求的領域，鎂及鎂合金具有特殊的發(fā)展優(yōu)勢，如3C產品、汽車發(fā)動機與大功率LED散熱器等，這些領域的鎂合金產品均面臨著散熱能力不足的問題。此外，由于鎂的化學性質很活潑，在空氣中表面慢慢會被氧化，形成致密的氧化物膜而降低導熱性能。因此，鎂合金是否有可能取代廣泛應用的鋁合金散熱器，取決于鎂合金的導熱性能否得到提高，并且其化學活性得到降低。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的上述缺陷，提出了超高熱導率的定向排列石墨烯鎂基合金的制備方法，用于提高鎂合金材料的導熱性能和化學穩(wěn)定性。

本發(fā)明是采用以下的技術方案實現(xiàn)的：

一種超高熱導率的定向排列石墨烯鎂基合金，由鎂合金基體和分布在基體中的石墨烯納米片組成，其中石墨烯納米片在基體中定向排列。

具體地，鎂合金基體由鎂和摻雜金屬制成，摻雜金屬包括鋅、錫、鈣、鍶、鋁、錳或鎂-錳合金、鎂-鈣合金中的一種或兩種以上。

本發(fā)明提供一種上述超高熱導率的定向排列石墨烯鎂基合金的制備方法，包括以下步驟：

(1)按質量百分比稱取石墨烯、鎂和摻雜金屬，在保護氣氛中熔煉混勻，混勻后靜置；

(2)將步驟(1)制得的熔煉混勻的石墨烯鎂合金熔體降溫后，保溫并外加磁場，再固化，獲得超高熱導率的定向排列石墨烯鎂基合金。

其中，步驟(1)中石墨烯、摻雜金屬和鎂的質量份數(shù)分別為，石墨烯為1.0wt％～5.0wt％，鋅為0.5wt％～3.5wt％、錫為0.5wt％～4.0wt％、鈣為0.16wt％～1.5wt％、鍶為0.02wt％～1.5wt％、鋁為0.1wt％～1.0wt％、錳為0.1wt％～0.5wt％，余量為鎂，以上組分質量百分比之和為100％。

上述步驟(1)中熔煉過程，熔煉溫度為730℃～740℃，熔煉時間為1～3小時，保護氣體為氬氣、氮氣或二氧化碳。

上述步驟(2)中保溫溫度為670℃～700℃，保溫時間為3～5min；步驟(2)中磁場強度為0.1～5T。

本發(fā)明還提供一種上述超高熱導率的定向排列石墨烯鎂基合金的制備裝置，包括高溫熔煉爐、鑄造爐，高溫熔煉爐和鑄造爐通過出料管道連接；

所述高溫熔煉爐與真空泵連通，連通管道上設有真空泵閥門；高溫熔煉爐內部設有熔煉坩堝，熔煉坩堝外周設有發(fā)熱體，內部插有垂直懸掛的攪拌器；攪拌器通過傳動軸與攪拌電機連接，攪拌電機位于高溫熔煉爐頂部中心；