[發(fā)明專利]一種三明治結(jié)構(gòu)Cu-石墨復(fù)合材料的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211577934.2
• 申請(qǐng)日: 2022-12-09
• 公開（公告）號(hào): CN115782348A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦永強(qiáng);司永健;吳玉程;羅來馬;馬冰;張一帆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B32B37/00
• 分類號(hào): B32B37/00;C01B32/21;B32B37/10;B32B37/06;B32B38/16
• 代理公司: 宿遷市永泰睿博知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32264
• 代理人: 劉海莉

本發(fā)明公開了一種三明治結(jié)構(gòu)Cu?石墨層狀復(fù)合材料制備方法，具體步驟如下：(1)粘結(jié)劑制備；(2)石墨漿料制備；(3)漿料涂覆；(4)真空熱壓燒結(jié)。本發(fā)明通過漿料涂覆法制備出層狀結(jié)構(gòu)材料并通過真空熱壓燒結(jié)獲得三明治結(jié)構(gòu)Cu?石墨層狀復(fù)合材料，得到石墨取向性優(yōu)異，結(jié)合度強(qiáng)的Cu?石墨材料，目的是通過加入石墨大大提高材料的熱力學(xué)性能，使其突破傳統(tǒng)Cu基復(fù)合材料的導(dǎo)熱極限。此外，本發(fā)明中的涂覆法及真空熱壓燒結(jié)操作簡(jiǎn)單，成本極低，可實(shí)現(xiàn)批量化大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高導(dǎo)熱銅石墨材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三明治結(jié)構(gòu)Cu-石墨復(fù)合材料的制備方法，采用真空熱壓材料得到具有高碳含量的高導(dǎo)熱Cu-石墨復(fù)合材料。

背景技術(shù)

銅憑借其優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、更高的性價(jià)比成為電器設(shè)備常用的金屬材料，被廣泛運(yùn)用于電子電器工業(yè)、航空、軍事等相關(guān)領(lǐng)域。近年來，隨著我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，對(duì)核心零部件的性能要求也逐漸提高，傳統(tǒng)的銅合金已無法滿足先進(jìn)技術(shù)對(duì)材料的要求，制備優(yōu)異綜合性能的高端銅材已然成為當(dāng)下研究的重點(diǎn)課題。

具有優(yōu)異導(dǎo)熱性和優(yōu)異機(jī)械強(qiáng)度且成本可控的高導(dǎo)熱材料是電子和電氣工程系統(tǒng)中電子封裝和熱管理的理想材料。根據(jù)Balandin等人的報(bào)道，室溫下單層石墨烯的熱導(dǎo)率可達(dá)到5300W/mK，遠(yuǎn)高于單個(gè)單壁碳納米管(SW-CNT)和熱導(dǎo)體金剛石材料。基于此，連續(xù)的單層石墨烯被認(rèn)為是增強(qiáng)Cu基復(fù)合材料熱力學(xué)性能的理想材料。但在實(shí)際生產(chǎn)中，石墨烯/金屬復(fù)合材料通常因?yàn)殂~基體中的石墨烯缺乏取向性導(dǎo)致無法獲得具有理想的高導(dǎo)熱。因此，如何在銅基體中構(gòu)建具有高度取向性的石墨烯結(jié)構(gòu)是獲得高導(dǎo)熱性能的關(guān)鍵因素。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明通過漿料涂覆法獲得Cu-石墨層狀復(fù)合材料，后加以真空熱壓燒結(jié)技術(shù)得到強(qiáng)結(jié)合度的三明治結(jié)構(gòu)Cu-石墨復(fù)合材料，目的是通過加入石墨大大提高材料的熱力學(xué)性能，使其突破傳統(tǒng)Cu基復(fù)合材料的導(dǎo)熱極限。本發(fā)明中的漿料涂覆技術(shù)操作簡(jiǎn)單，成本極低，可實(shí)現(xiàn)批量化大規(guī)模生產(chǎn)，對(duì)實(shí)際應(yīng)用有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：

一種三明治結(jié)構(gòu)Cu-石墨層狀復(fù)合材料制備方法，具體步驟如下：

(1)粘結(jié)劑制備

按一定的質(zhì)量比向燒杯中分別加入PVB(聚乙烯醇縮丁醛)和無水乙醇，加入磁力轉(zhuǎn)子，放入磁力攪拌器中在20℃-40℃下攪拌處理至無明顯固態(tài)膠狀物后取出靜置直至氣泡完全消失。

(2)石墨漿料制備

取鱗片石墨，以75目篩網(wǎng)進(jìn)行過篩處理，將過篩后的大片徑石墨倒入含有5％HCl溶液的燒杯中并在60℃下進(jìn)行超聲以達(dá)到清潔效果，反復(fù)清洗至液面表層無明顯污垢后取出用無水乙醇清洗，對(duì)清洗過的石墨再次進(jìn)行75目過篩處理，后置于100℃烘箱12h后取出；按步驟(1)中酒精的量向裝有粘結(jié)劑的燒杯中加入等質(zhì)量烘干后的石墨；將燒杯置于磁力攪拌器中攪拌至漿料無大塊團(tuán)聚。

(3)漿料涂覆

裁取大小合適的銅箔，選用石墨厚度1～1.5倍規(guī)格的刮刀將步驟(2)中的漿料均勻地涂覆于銅箔表面；將涂覆有石墨的銅箔置于烘箱中進(jìn)行烘干處理；對(duì)烘干后的銅箔進(jìn)行裁剪，裁剪形狀及尺寸與后續(xù)燒結(jié)模具相匹，將裁剪的銅箔按照＞90％、75％～90％、65～75％、40～65％的涂敷面積分為四類。

(4)真空熱壓燒結(jié)

將上述裁剪后的銅箔按相同的順序依次放入用碳紙包覆的石墨模具中，后將模具置于液壓機(jī)中給予10MPa的預(yù)壓實(shí)壓強(qiáng)；將石墨模具放置于爐腔內(nèi)，將爐體壓力由0MPa升高到0.5MPa，固定石墨模具。隨后開始抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到0.01Pa時(shí)，開始加熱，以15℃/min的升溫速率將爐內(nèi)溫度由室溫升至950℃，隨后保溫1h，保溫時(shí)間結(jié)束后，隨爐冷卻至40～60℃以下，取出模具，獲得Cu-石墨層狀復(fù)合材料。