一種高導(dǎo)熱石墨膜表面金屬涂層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬涂層以及熱管理領(lǐng)域，特別涉及一種高導(dǎo)熱石墨膜表面金屬涂層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，電子元器件的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)不斷向小型化、集成化、輕量化、高效化的方向發(fā)展，導(dǎo)致其工作過(guò)程熱密度不斷增大，這就對(duì)所使用的熱管理材料的導(dǎo)熱性提出了更高的要求。
[0003]高導(dǎo)熱石墨膜是一種重要的熱管理材料，其面內(nèi)熱導(dǎo)率高達(dá)1200-1900W/mK，目前該種材料已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化并成功應(yīng)用于手機(jī)和電腦的散熱。但是，一方面該種石墨膜強(qiáng)度較低，在使用過(guò)程中易出現(xiàn)損壞而影響性能，另一方面，該種石墨膜厚度有所限制(200μπι以下)，這些都限制了該種石墨膜的應(yīng)用范圍。為解決這一問(wèn)題，一方面可以在石墨膜上涂覆高導(dǎo)熱金屬材料(如鋁和銅)來(lái)提高其強(qiáng)度，另一方面也可以將該種高導(dǎo)熱石墨膜與金屬材料復(fù)合成高導(dǎo)熱金屬基復(fù)合材料來(lái)拓寬其應(yīng)用范圍。在該種金屬基復(fù)合材料制備過(guò)程中，金屬和石墨膜之間潤(rùn)濕性差且容易出現(xiàn)有害的界面反應(yīng)，從而降低材料的性能。一種有效的解決方法是先對(duì)石墨膜進(jìn)行金屬涂層處理，然后再與金屬材料進(jìn)行復(fù)合，這樣能降低復(fù)合溫度，提高潤(rùn)濕和優(yōu)化界面結(jié)合，進(jìn)而提高復(fù)合材料的性能。綜上所述，石墨膜表面金屬涂層的制備在熱管理材料中顯得尤為重要，它能有效拓寬高導(dǎo)熱石墨膜的應(yīng)用范圍。
[0004]對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，少有專利或者論文有關(guān)于高導(dǎo)熱石墨膜表面金屬涂層的報(bào)道。申請(qǐng)?zhí)枮?01410114471.5的專利“一種高導(dǎo)熱石墨膜-銅復(fù)合材料的制備方法”制備出人工石墨膜并在其上利用化學(xué)鍍和電鍍鍍上一層ΙΟμπι的銅，其涂層工藝復(fù)雜且厚度未進(jìn)行調(diào)控。不僅如此，使用化學(xué)鍍和電鍍制備的金屬涂層與石墨膜之間的結(jié)合力較差。其主要原因可能是石墨膜強(qiáng)度低且脆，難以磨拋，化學(xué)鍍或電鍍鍍膜前處理難以有效將石墨膜上物理和化學(xué)吸附物清洗干凈或者難以有效表面粗化和活化，進(jìn)而導(dǎo)致金屬涂層與石墨膜之間結(jié)合較差。因此，急需一種克服上述問(wèn)題、在石墨膜上涂覆與之結(jié)合良好的金屬涂層的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種石墨膜表面制備金屬涂層的物理氣相沉積(PVD)制備方法，制備得到的涂層完整且均勻，其厚度可在之間調(diào)控，涂層與石墨膜結(jié)合良好，可以高效的制備可用于熱管理領(lǐng)域的金屬涂層石墨膜材料。
[0006]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明提供一種高導(dǎo)熱石墨膜表面金屬涂層的制備方法，所述制備方法包括如下步驟:
[0008]第一步，石墨膜前處理:將石墨膜用酒精超聲清洗干凈以去除石墨膜表面的物理吸附物，然后將酒精清洗后的石墨膜置于PVD設(shè)備中，將PVD設(shè)備腔體抽真空至6 X 10—3Pa以下，調(diào)節(jié)氬氣流量、偏壓對(duì)石墨膜進(jìn)行氬離子轟擊清洗以去除石墨膜表面的化學(xué)吸附物；
[0009]第二步，石墨膜涂層處理:調(diào)控PVD設(shè)備控制PVD鍍膜條件，包括磁場(chǎng)電流、偏壓、氬氣流量、鍍膜溫度以及鍍膜時(shí)間，對(duì)石墨膜進(jìn)行金屬涂覆處理。
[0010]優(yōu)選地，第一步中，所述的石墨膜為人工合成石墨膜，石墨膜的厚度為17-150μπι、面內(nèi)熱導(dǎo)率為350-1900W/mK。
[0011]優(yōu)選地，第一步中，所述的酒精超聲清洗的時(shí)間在5-30min之間，進(jìn)一步的，為10-20mino
[0012]優(yōu)選地，第一步中，所述的氬氣流量在200-350sccm之間，進(jìn)一步的，為250-300sccmo
[0013]優(yōu)選地，第一步中，所述的偏壓在900-1000V之間。
[0014]優(yōu)選地，第一步中，所述的氬離子轟擊清洗，時(shí)間為10-25min。
[0015]優(yōu)選地，第二步中，所述的PVD鍍膜，磁場(chǎng)電流在2-25A之間，進(jìn)一步的，為2-15A，更進(jìn)一步的，為5-15A。
[0016]優(yōu)選地，第二步中，所述的PVD鍍膜，偏壓在0-500V之間，進(jìn)一步的，為10-200V，更進(jìn)一步的，為50-200V。
[0017]優(yōu)選地，第二步中，所述的PVD鍍膜，氬氣流量在20-300SCCm之間，進(jìn)一步的，為50-300sccmo
[0018]優(yōu)選地，第二步中，所述的PVD鍍膜，鍍膜溫度在室溫到200°C之間。
[0019]優(yōu)選地，第二步中，所述的PVD鍍膜，鍍膜時(shí)間在30s到5h之間，進(jìn)一步的，在5min到Ih0
[°02°]優(yōu)選地，第二步中，所述的金屬涂覆，涂覆的金屬涂層厚度在1nm到5μηι之間調(diào)控。
[0021]在本發(fā)明的方法中，通過(guò)采用石墨膜前處理，其中，酒精超聲清洗可以去除石墨膜表面的物理吸附物，從而保證涂層的連續(xù)性和完整性;氬離子轟擊清洗可以去除石墨膜表面的化學(xué)吸附物，從而促進(jìn)成膜，提高金屬涂層與石墨膜之間的結(jié)合力；并進(jìn)一步利用PVD涂層方法在石墨膜上涂覆金屬材料，制備出了完整、均勻、厚度可控且與石墨結(jié)合良好的金屬涂層。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下有益效果:
[0023](I)工藝簡(jiǎn)單高效，涂層完整且厚度均勻，厚度能夠很方便的進(jìn)行調(diào)節(jié)；
[0024](2)—方面，石墨膜涂層前處理經(jīng)歷兩步清洗，能有效去除將石墨膜表面的物理吸附物和化學(xué)吸附物，另一方面，鍍膜過(guò)程中，金屬原子或者離子以較高的動(dòng)能沖擊到石墨膜表面，這些都使得石墨膜與金屬間結(jié)合良好；
[0025](3)由于涂層制備過(guò)程中溫度低，不會(huì)在石墨膜與金屬(如Al)之間形成有害的反應(yīng)產(chǎn)物。
【附圖說(shuō)明】
[0026]通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0027]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的制備方法流程示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例1制備的金屬涂層石墨膜的宏觀和微觀形貌圖，其中(a)是涂層后的石墨膜的宏觀形貌圖，(b)是金屬涂層區(qū)域與未涂層區(qū)域的微觀形貌對(duì)比圖，(C)是金屬涂層的高倍微觀形貌圖；
[0029]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1和實(shí)施例2制備的金屬涂層石墨膜XRD物相分析圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0031]如圖1所示，一種高導(dǎo)熱石墨膜表面金屬涂層的物理氣相沉積(PVD)制備方法流程圖，所述方法首先將石墨膜用酒精超聲清洗干凈以去除石墨膜表面的物理吸附物，然后將其置于PVD設(shè)備中，將腔體抽真空至6 X 10—3Pa以下，通過(guò)調(diào)節(jié)氬氣流量、偏壓和時(shí)間對(duì)石墨膜進(jìn)行氬離子轟擊清洗以去除石墨膜表面的化學(xué)吸附物;最后通過(guò)調(diào)控磁場(chǎng)電流、偏壓、氬氣流量、鍍膜溫度以及鍍膜時(shí)間等對(duì)石墨膜進(jìn)行金屬涂覆處理。
[0032]所述的石墨膜為人工合成高導(dǎo)熱石墨膜，石墨膜的厚度為17-150μηι、面內(nèi)熱導(dǎo)率為350-1900W/mK。金屬靶材主要有鋁靶、銅靶，并遵照?qǐng)D1所示工藝流程圖實(shí)施。金屬涂層涂覆情況由掃描電鏡(SEM)表征，涂層后物相由X射線衍射分析(XRD)確定，金屬涂層與石墨膜結(jié)合情況使用相應(yīng)的SEM照片以及是否為粉狀而未成膜或易刮除判斷。
[0033]本發(fā)明適用于所有石墨材料，金屬涂覆材料可以是鋁和銅，也可以推廣到其它金屬材料和合金如鋁合金、銅合金、鈦、鎢和鉬等或者非金屬材料如碳化鈦、碳化鎢和氮化鎢等。
[0034]實(shí)施例1
[0035]將厚度為29.5μπι的石墨膜用酒精超聲清洗30min待用。將上述清洗干凈的石墨膜置于裝有銅靶的PVD設(shè)備中，將腔體抽真空至6X10—3Pa以下，將腔體溫度控制在室溫，打開充氣閥，調(diào)節(jié)氬氣流量至200sccm，調(diào)節(jié)偏壓至900V，氬離子轟擊清洗15min后關(guān)閉氣流和偏壓。
[0036]調(diào)節(jié)磁場(chǎng)電流至10A，調(diào)節(jié)偏壓為100V，將氬氣體積流量調(diào)整到lOOsccm，開始鍍膜?？刂棋兡囟仍谑覝?，鍍膜時(shí)間持續(xù)5min，然后關(guān)掉偏壓和磁場(chǎng)電流，待腔體冷卻，取出樣品。
[0037 ]銅能夠均勾涂覆在石墨膜上，結(jié)合良好，銅涂層的厚度約120nm。
[0038]實(shí)施例2
[0039]將厚度為29.5μπι的石墨膜用酒精超聲清洗20min待用。將上述清洗干