專利名稱：：石墨基散熱系統(tǒng)的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種散熱系統(tǒng)的制備方法。
背景技術(shù)：
：當(dāng)代工業(yè)中散熱器多數(shù)由銅、鋁材料制成，但其資源面臨枯竭，且其采、選、冶過程中能耗巨大、污染嚴(yán)重，石墨材料沿(002)面方向的導(dǎo)熱率超過1000W/nvK，具有比金屬銅(401W/m'K)、鋁(240W/m'K)更高的導(dǎo)熱率，且質(zhì)量比銅輕80%,比鋁輕30%。國內(nèi)外大多數(shù)科研技術(shù)人員采用石墨成型及二次加工的方法加工石墨基散熱系統(tǒng)，即采用質(zhì)量濃度為70%以上的天然石墨與煤瀝青混合，然后通過壓型、高溫焙燒和石墨化等過程而制成，這種方法得到的石墨基散熱系統(tǒng)的材料本身存在20%30%左右的孔隙率，而這種孔隙又具有開孔、閉孔、孔與孔相連接的通孔，以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)容易開裂的性質(zhì)，這些性質(zhì)導(dǎo)致制得的石墨基散熱系統(tǒng)容易破碎，壓型性不好，產(chǎn)率低，造成了大量原材料的浪費(fèi)，并且高溫培燒周期長(約為一周左右)，石墨化溫度為230(TC以上(耗能大)，即使對(duì)所得石墨基散熱系統(tǒng)的材料進(jìn)行不透性處理，即填塞孔隙、消除通孔程度，雖然改善其機(jī)械性能，但得到的石墨基散熱系統(tǒng)抗彎強(qiáng)度小(5.318.3Mpa),導(dǎo)熱率小(小于180w/(m'k))。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了解決現(xiàn)有石墨基散熱系統(tǒng)抗彎強(qiáng)度小、導(dǎo)熱率小的問題，提供了一種石墨基散熱系統(tǒng)的制備方法。本發(fā)明石墨基散熱系統(tǒng)的制備方法如下一、將高純石墨在轉(zhuǎn)速為150200r/min的球磨機(jī)中球磨至粒度為20pm5(^m的球形石墨；二、將球形石墨、Cu粉和2SiCV3Al203按照球形石墨Cu粉2Si02'3Al203為8:1.6:0.4的質(zhì)量比混合，然后在轉(zhuǎn)速為150200r/min的球磨機(jī)中球磨35h，得到混合原料；三、將混合原料放入額定功率為150W的CWNd:YAG激光器中，通入高純氬氣保護(hù)，根據(jù)計(jì)算機(jī)預(yù)先設(shè)計(jì)的石墨基散熱系統(tǒng)的3D圖形，在激光輸出功率為98W、掃描速度為80150mm/s的條件下進(jìn)行成型，得到石墨基散熱系統(tǒng)；其中步驟三中的掃描方式為單道軌跡掃描或分組變向軌跡掃描兩種方式。本發(fā)明方法步驟一中所述的高純石墨中碳的質(zhì)量濃度^99.9%;步驟一中所述的球磨機(jī)所用磨球的材質(zhì)為瑪瑙，磨球的直徑為lcm;步驟一中所述的球磨機(jī)中高純石墨與磨球的質(zhì)量比為1:10;步驟二中所述的球磨機(jī)中球形石墨、Cll粉和2Si02.3Al203的總質(zhì)量與磨球的質(zhì)量比為1:IO;步驟三中所述的高純氬氣的體積濃度為99.99%。本發(fā)明方法中的Cii粉在Nd:YAG激光器所發(fā)射的激光束的熱作用下完全熔化，采用的分組變向掃描能使Cu熔化均勻，然后填充于球形石墨間的空隙、粘結(jié)球形石墨，金屬Cu摻雜于球形石墨中，增加了所得石墨基散熱系統(tǒng)的導(dǎo)熱率和抗彎強(qiáng)度，并且在成型過程中通入高純氬氣避免了原料在成型過程中被氧化的問題，采用本發(fā)明方法得到的石墨基散熱系統(tǒng)的導(dǎo)熱系數(shù)為201w/(m.k)、抗彎強(qiáng)度25Mpa、致密度》85%。本發(fā)明的方法能耗小，不產(chǎn)生污染物，并且本發(fā)明方法用計(jì)算機(jī)控制掃描速度、掃描軌跡等參數(shù)，根據(jù)三維掃描可以得到任何復(fù)雜工件的模型，從而制備出具有復(fù)雜形狀的石墨基散熱系統(tǒng)。本方法屬于快速熔化方法無需冷卻時(shí)間，節(jié)省時(shí)間的同時(shí)能夠根據(jù)計(jì)算機(jī)預(yù)先設(shè)計(jì)的石墨基散熱系統(tǒng)的3D圖形制備出所要的各種復(fù)雜外形的石墨基散熱系統(tǒng)。圖1是具體實(shí)施方式二十六所得石墨基散熱系統(tǒng)的斷口的形貌圖。圖2是具體實(shí)施方式二十六所得的石墨基散熱系統(tǒng)斷口的EDX圖。圖3是具體實(shí)施方式二十六分組變向掃描中第n層掃描方向示意圖，圖4是具體實(shí)施方式二十六分組變向掃描中第n+l層掃描方向示意圖。具體實(shí)施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式，還包括各具體實(shí)施方式間的任意組合。具體實(shí)施方式一本實(shí)施方式中石墨基散熱系統(tǒng)的制備方法如下一、將高純石墨在轉(zhuǎn)速為150~200r/min的球磨機(jī)中球磨至粒度為20|xm50iom的球形石墨；二、將球形石墨、Cu粉和2Si02'3Al203按照球形石墨Cu粉2Si02*3Al203為8:1.6:0.4的質(zhì)量比混合，然后在轉(zhuǎn)速為150~200r/min的球磨機(jī)中球磨35h，得到混合原料；三、將混合原料放入額定功率為150W的CWNd:YAG激光器中，通入高純氬氣保護(hù)，根據(jù)計(jì)算機(jī)預(yù)先設(shè)計(jì)的石墨基散熱系統(tǒng)的3D圖形，在激光輸出功率為98W、掃描速度為80150mm/s的條件下進(jìn)行成型，得到石墨基散熱系統(tǒng)；其中步驟三中的掃描方式為單道軌跡掃描或分組變向軌跡掃描兩種方式。本實(shí)施方式中所用球磨機(jī)型號(hào)為PMQW2L。本實(shí)施方式中通過計(jì)算機(jī)控制掃描速度和掃描軌跡。本實(shí)施方式中所用的額定功率為150W的CWNd:YAG激光器為美國TTG公司生產(chǎn)。具體實(shí)施方式二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟一中所述的高純石墨中碳的質(zhì)量濃度299.9%。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二不同的是步驟一中所述的球磨機(jī)所用磨球的材質(zhì)為瑪瑙，磨球的直徑為lcm。其它與具體實(shí)施方式一或二相同。具體實(shí)施方式四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式三不同的是步驟一中所述的球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為180r/min。其它與具體實(shí)施方式三相同。具體實(shí)施方式五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一、二或四不同的是步驟一中所述的球形石墨的粒度為35jim。其它與具體實(shí)施方式一、二或四相同。具體實(shí)施方式六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式五不同的是步驟一中所述的球磨機(jī)中高純石墨與磨球的質(zhì)量比為1:10。其它與具體實(shí)施方式五相同。具體實(shí)施方式七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一、二、四或六不同的是步驟二中所述的球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為180r/min。其它與具體實(shí)施方式一、二、四或六相同。具體實(shí)施方式八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式七不同的是步驟二中所述的球磨機(jī)中球形石墨、Cu粉和2SiC^3Al203的總質(zhì)量與磨球的質(zhì)量比為1:10。其它與具體實(shí)施方式七相同。具體實(shí)施方式九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一、二、四、六或八不同的是步驟三中所述的高純氬氣的體積濃度為99.99%。其它與具體實(shí)施方式一、二、四、六或八相同。具體實(shí)施方式十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式九不同的是步驟三中所述的掃描速度為90mm/s，掃描方式為分組變向掃描。其它與具體實(shí)施方式九相同。具體實(shí)施方式十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟一中球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為160190r/min。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式十二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟一中球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為165185r/min。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式十三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟一中所述的球形石墨的粒度為25nm45^。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式十四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟一中所述的球形石墨的粒度為30nm40nm。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式十五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟二中球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為160190r/min。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式十六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟二中球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為165~185r/min。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式十七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟二中球磨時(shí)間為4h。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式十八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟三中掃描速度為85145mm/s。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式十九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟三中掃描速度為91140mm/s。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式二十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟三中掃描速度為95135mm/s。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式二十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟三中掃描速度為100130mm/s。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式二十二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟三中掃描速度為105125mm/s。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式二十三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟三中掃描速度為110120mm/s。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式二十四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟三中掃描速度為115mm/s。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式二十五:本實(shí)施方式中石墨基散熱系統(tǒng)的制備方法如下一、將高純石墨在轉(zhuǎn)速為180r/min的球磨機(jī)中球磨至高純石墨的粒度為25^im，然后停止球磨，得到球形石墨；二、將球形石墨、Cu粉和2Si02*3Al203按照球形石墨Cu粉2Si02.3Al203為8:1.6:0.4的質(zhì)量比混合，然后在轉(zhuǎn)速為180r/min的球磨機(jī)中球磨4h，得到混合原料；三、將混合原料放入額定輸出功率為150W的CWNd:YAG激光器中，然后通入高純氬氣保護(hù)預(yù)防原料在成型過程中氧化，根據(jù)計(jì)算機(jī)預(yù)先設(shè)計(jì)的石墨基散熱系統(tǒng)的3D圖形，在激光輸出功率為98W、掃描速度為90mm/s、掃描方式采用單道軌跡掃描條件下進(jìn)行成型，得到石墨基散熱系統(tǒng)。具體實(shí)施方式二十六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式二十五不同的是掃描方式為分組變向掃描。其它與具體實(shí)施方式二十五相同。本實(shí)施方式分組變向掃描中，第n層掃描方向參見圖3，第n+l層掃描方向參見圖4;其中n為正整數(shù)。本實(shí)施方式所得的石墨基散熱系統(tǒng)的導(dǎo)熱系數(shù)為201w/(nvk)、抗彎強(qiáng)度25Mpa、致密度^85%。圖1是本實(shí)施方式所得石墨基散熱系統(tǒng)的斷口的形貌圖，由圖1看出采用本實(shí)施方式得到的石墨基散熱系統(tǒng)的空隙率較小，從而提高了石墨基散熱系統(tǒng)的抗壓性能和導(dǎo)熱性能。由圖2(本實(shí)施方式所得的石墨基散熱系統(tǒng)斷口的EDX圖)得到表l，表l如下表l<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>由表1看出本實(shí)施方式所得石墨基散熱系統(tǒng)中元素以c為主，其中含有少量的Cu及微量的Al、Si元素，由于石墨基散熱系統(tǒng)中Cu、Al、Si元素的存在，所以使所得的石墨基散熱系統(tǒng)的空隙率較低，從而提高了其導(dǎo)電性及抗彎強(qiáng)度。權(quán)利要求1、石墨基散熱系統(tǒng)的制備方法，其特征在于石墨基散熱系統(tǒng)的制備方法如下一、將高純石墨在轉(zhuǎn)速為150～200r/min的球磨機(jī)中球磨至粒度為20μm～50μm的球形石墨；二、將球形石墨、Cu粉和2SiO2·3Al2O3按照球形石墨∶Cu粉∶2SiO2·3Al2O3為8∶1.6∶0.4的質(zhì)量比混合，然后在轉(zhuǎn)速為150～200r/min的球磨機(jī)中球磨3～5h，得到混合原料；三、將混合原料放入額定功率為150W的CWNd:YAG激光器中，通入高純氬氣保護(hù)，根據(jù)計(jì)算機(jī)預(yù)先設(shè)計(jì)的石墨基散熱系統(tǒng)的3D圖形，在激光輸出功率為98W、掃描速度為80～150mm/s的條件下進(jìn)行成型，得到石墨基散熱系統(tǒng)；其中步驟三中的掃描方式為單道軌跡掃描或分組變向軌跡掃描兩種方式。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨基散熱系統(tǒng)的制備方法，其特征在于步驟一中所述的高純石墨中碳的質(zhì)量濃度三99.9%。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的石墨基散熱系統(tǒng)的制備方法，其特征在于步驟一中所述的球磨機(jī)所用磨球的材質(zhì)為瑪瑙，磨球的直徑為lcm。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的石墨基散熱系統(tǒng)的制備方法，其特征在于步驟一中所述的球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為180r/min。5、根據(jù)權(quán)利要求l、2或4所述的石墨基散熱系統(tǒng)的制備方法，其特征在于步驟一中所述的球形石墨的粒度為35pm。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的石墨基散熱系統(tǒng)的制備方法，其特征在于步驟一中所述的球磨機(jī)中高純石墨與磨球的質(zhì)量比為1:10。7、根據(jù)權(quán)利要求l、2、4或6所述的石墨基散熱系統(tǒng)的制備方法，其特征在于步驟二中所述的球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為180r/min。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的石墨基散熱系統(tǒng)的制備方法，其特征在于步驟二中所述的球磨機(jī)中球形石墨、Cu粉和2Si02*3Al203的總質(zhì)量與磨球的質(zhì)量比為1:10。9、根據(jù)權(quán)利要求1、2、4、6或8所述的石墨基散熱系統(tǒng)的制備方法，其特征在于步驟三中所述的高純氬氣的體積濃度為99.99%。10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的石墨基散熱系統(tǒng)的制備方法，其特征在于步驟三中所述的掃描速度為90mm/s，掃描方式為分組變向掃描。全文摘要石墨基散熱系統(tǒng)的制備方法，它涉及一種散熱系統(tǒng)的制備方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有石墨基散熱系統(tǒng)抗彎強(qiáng)度小、導(dǎo)熱率小的問題。本發(fā)明方法如下一、將高純石墨經(jīng)過球磨得到球形石墨；二、將球形石墨、Cu粉和2SiO<sub>2</sub>·3Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>混合，然后球磨3～5h，得到混合原料；三、將混合原料放入額定功率為150W的CWNd:YAG激光器中，通入高純氬氣保護(hù)，根據(jù)計(jì)算機(jī)預(yù)先設(shè)計(jì)的石墨基散熱系統(tǒng)的3D圖形，在激光功率為98W、掃描速度為80～150mm/s的條件下進(jìn)行成型，得到石墨基散熱系統(tǒng)。采用本發(fā)明方法得到的石墨基散熱系統(tǒng)的導(dǎo)熱系數(shù)為201w/(m·k)、抗彎強(qiáng)度25MPa、致密度≥85％。文檔編號(hào)B22F3/105GK101579739SQ20091007231公開日2009年11月18日申請(qǐng)日期2009年6月17日優(yōu)先權(quán)日2009年6月17日發(fā)明者張海軍,趙國剛申請(qǐng)人:黑龍江科技學(xué)院