[發明專利]一種石墨-金屬復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202011060525.6
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112157965A
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 蔣芳;白華;陳禮庚;熊良明
• 申請（專利權）人: 長飛光纖光纜股份有限公司
• 主分類號: B32B15/01
• 分類號: B32B15/01;B32B15/20;B32B15/02;B32B3/08;B32B3/12;B32B7/08;B32B7/027;B32B7/022;B32B33/00;B32B37/10;B32B37/06;B32B37/24;B22F7/04;B22F3/14
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張秋燕

本發明公開了一種石墨?金屬復合材料及其制備方法。該復合材料由從上到下依次包括：上面層金屬片、中間夾層和下面層金屬片，各層之間經熱壓燒結工藝一體成型；其中，中間夾層由金屬網以及交替填充在金屬網中的石墨粉體層和金屬粉層共同形成；金屬片和金屬粉為同種金屬材質。本發明所述的石墨?金屬復合材料所述具有高的熱導率、高強度以及良好的加工能力，制備方法簡單快速、成本低、強度高且適宜大規模推廣。

技術領域

本發明屬于金屬基復合材料領域，具體地涉及一種石墨-金屬復合材料的制備方法。

背景技術

隨著在電子技術行業的快速發展，器件單位面積散發的熱量越來越多，對熱管理材料的性能提出了更為嚴格的要求。電子封裝材料的開發作為重要一環，要求材料具有高熱導率，低膨脹系數、輕質、成本低的特點。然而傳統的Al/SiC復合材料、Cu/W復合材料以及Cu/Mo復合材料等特殊合金材料雖然熱膨脹系數較低，但都經過特殊加工，犧牲了材料在熱傳導系數和熱擴散系數方面的性能；金剛石以及金剛石復合材料雖然熱導率高，但由于金剛石的超高硬度，難以加工。

石墨-金屬復合材料由于具有熱導率高、熱膨脹系數小、熱擴散系數高等特性，在熱管理材料應用中受到越來越多的關注。石墨-金屬復合材料的方法一般為：

(1)液態法：分為三種，氣體壓力滲透法、擠壓鑄造法以及無壓滲透。一般是先通過熱壓、干壓以及注射成型等方法來制備預制體，然后將預制件放入模子中，然后抽真空，將其加熱到熔化狀態后通入對液態金屬進行加壓(采用氣體壓力、液態壓力或者重力、毛細管力等)，將液態金屬滲透到預制件中。

(2)固態法：主要是粉末冶金法，其中包括熱壓燒結和熱等靜壓等。即將粉末(包括石墨、金屬等)在適當的條件下按一定比例混合后，進行壓制成形，然后在真空或者通入惰性氣體的保護下進行燒結。

在上述方法中，存在燒結溫度高，治具要求高的問題，更重要的是，金屬都是以粉體的形式存在加上石墨是不均勻層狀分布,無法靈活的定向的控制石墨粉末的摻雜位置、摻雜量，而制備的石墨-金屬復合材料加工性能不佳，導致制得的石墨-金屬復合材料在加工成產品的過程中難度很大，成品率低；尤其是當產品具有復雜情況時，制備時間長、加工困難。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種在石墨-金屬復合材料的制備方法，其目的在于通過添加蜂窩金屬結構增加了強度，然后通過每層添加的石墨層，從而增加了定向導熱性。

本發明為解決上述提出的問題所采用的技術方案為：

一種石墨-金屬復合材料，由從上到下依次包括：上面層金屬片、中間夾層和下面層金屬片，各層之間經熱壓燒結工藝一體成型；其中，中間夾層由金屬網以及交替填充在金屬網中的石墨粉體層和金屬粉層共同形成；金屬片和金屬粉為同種金屬材質，優選鋁。

本發明還提供一種上述石墨-金屬復合材料的制備方法，主要步驟如下：

(1)選取金屬片1，平放，備用；

(2)將金屬網安放在金屬片1上，在金屬網的網格中均勻鋪設一層金屬粉，再均勻鋪設一層石墨粉體，如此交替鋪設金屬粉和石墨粉體，將金屬網的網格填滿；此時，金屬網以及填充其中的石墨粉體層和金屬粉層共同形成中間夾層；

(3)在步驟(2)所得中間夾層上安設金屬片2，然后中間夾層連同金屬片1、金屬片2整體轉移至熱壓爐中進行熱壓燒結，得到所述石墨-金屬復合材料。

進一步地，中間夾層的厚度為0.5mm-500mm，優選2mm～200mm。其中，金屬網可以為一個或者多個金屬網豎直疊加而成，金屬網的總高度即中間夾層的厚度。金屬網為蜂窩結構或者格柵結構等，其中，蜂窩或者格柵的邊長為3mm～20mm；形成蜂窩結構或者格柵結構的隔板厚度為0.035-0.1mm。