[發明專利]一種高導熱高純石墨基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110717389.1
• 申請日: 2021-06-28
• 公開（公告）號: CN113307646B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 請求不公布姓名
• 申請（專利權）人: 湖南興晟新材料科技有限公司
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/532;C04B35/622;C04B35/63;C04B35/634
• 代理公司: 長沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 李喆

本發明屬于材料制備技術領域，具體涉及一種高導熱高純石墨基復合材料及其制備方法。制備方法包括：以純化的短炭纖維為增強體，以純化的天然鱗片石墨為炭基體，以高純的中間相瀝青為粘結劑，先對天然鱗片石墨粉和短碳纖維進行表面氧化處理，并與中間相瀝青粉按比例混合，超聲波干燥后，經加熱壓制成型、碳化處理、CVI?PyC增密、瀝青浸漬增密，最后經過高溫石墨化處理，制備高導熱高純石墨基復合材料。通過上述方法一方面能夠提高材料的力學性能和導熱導電性能，另一方面加速了材料在石墨化過程中的應力石墨化進程；獲得石墨基復合材料純度高、熱導率高、力學性能良好、熱穩定性能好，且制備周期短、設備簡單、性價比高等特點。

技術領域

本發明屬于材料制備技術領域，具體涉及一種高導熱高純石墨基復合材料及其制備方法。

背景技術

高導熱高純石墨基復合材料是指具有高熱導率、高純度的炭纖維增強的石墨基復合材料。與傳統散熱材料相比，其具有質量輕，高純度，導熱導電性能好，熱膨脹系數低，抗熱震性能好，熱穩定性好等一系列優異性能，特別是其在高溫下強度隨著溫度升高不降低反而增加的特點，是其他材料所不具備的。這些獨特的優異性能使得其在熱疏導、散熱等領域有著廣泛的應用，如半導體、LED芯片的散熱；MOCVD生產等熱場的均勻控制；電力、高鐵、航天飛行器的許多高功率電子散熱裝置；表面防護層的熱結構材料、導彈和飛行器鼻錐體以及固體火箭發動機噴管等。

目前以石墨為基體的復合材料仍存在一些問題，如石墨的表面惰性較強，在燒結過程中與粘結劑的界面結合力差，因而制備的材料機械性能較差，不能滿足一些需要考慮材料強度的熱管理場合的應用要求。因此，有必要就該種材料的力學性能進行改善，而且在改善其力學性能的同時，應盡量避免或減少對材料導熱性能的損失。高純度既是高導熱材料結構本身的需要，也是半導體、LED、光伏等行業高端零部件對材料的需求。

中國專利CN?101121823A公開了一種天然石墨基復合材料的制備方法，該方法在原料中加入了具有增強作用的填料炭納米管、炭纖維或者碳化硅纖維，提高材料的強度，同時原料中加入催化石墨化組元，提高材料的石墨化度，進而提高材料的熱導率。但是該方法在添加陶瓷組元時，由于陶瓷與基體的密度差異較大，很難在基體中分布均勻，且其在一定程度上增大了材料的比重，影響了材料的力學性能。中國專利CN?101121823A公開了一種天然石墨基復合材料的制備方法，該方法在原料中加入了具有增強作用的填料炭納米管、炭纖維或者碳化硅纖維，提高材料的強度，同時原料中加入催化石墨化組元，提高材料的石墨化度，進而提高材料的熱導率。但是該方法在添加陶瓷組元時，由于陶瓷與基體的密度差異較大，很難在基體中分布均勻，且其在一定程度上增大了材料的比重，影響了材料的力學性能。中國專利CN102659095A公開了一種高導熱高強度石墨的制備方法，該方法以天然鱗片石墨為炭基體，短切中間相瀝青基炭纖維為增強體，采用一次熱壓成型工藝將原料從室溫升至2000～2700℃，并在最終溫度下加壓至20～25MPa得到產品。采用該方法制備的復合材料雖然導熱性能良好，但是其力學性能較差，難以滿足一些需要考慮材料強度的熱管理場合的要求，且實驗原料中的中間相瀝青基炭纖維成本較高，實驗設備要求較高，難以大規模批量化生產。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明先對天然鱗片石墨粉和短碳纖維進行表面氧化處理，并與中間相瀝青粉按比例混合干燥后，經壓制成型、碳化處理、增密處理和石墨化處理獲得熱導率高、力學性能優良且熱穩定性能好的石墨基復合材料。

為實現上述發明目的，本發明提供了一種高導熱高純石墨基復合材料的制備方法，所述方法具體包括：

將分散劑加入至去離子水中，水浴加熱并攪拌獲得分散劑溶液；

將高純天然鱗片石墨粉、短碳纖維在400±20℃條件下氧化處理獲得表面氧化天然鱗片石墨粉和表面氧化短碳纖維；

將所述表面氧化天然鱗片石墨粉、表面氧化短碳纖維和高純中間相瀝青粉加入至分散劑溶液中混合獲得漿料，并將漿料進行微波干燥，獲得干燥物料；