專(zhuān)利名稱(chēng)：片狀石墨膜的制造模具及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種作為散熱材料的石墨膜的制造模具及制造方法，特別地涉及一種片狀的石墨膜的制造模具及制造方法。
背景技術(shù)：
隨著電子產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，日益向更薄、更輕的方向發(fā)展，其電子元器件的發(fā)熱問(wèn)題也越來(lái)越突出。傳統(tǒng)的利用金屬散熱片、金屬箔進(jìn)行導(dǎo)熱散熱的方法，以及利用風(fēng)扇強(qiáng)制散熱的方法已越來(lái)越無(wú)法滿(mǎn)足電子產(chǎn)品日新月異的變更需求。利用金屬散熱片給電子產(chǎn)品散熱，存在著占用電子產(chǎn)品內(nèi)部空間大、增加電子產(chǎn)品質(zhì)量等缺點(diǎn)。單獨(dú)使用金屬箔(如銅箔、鋁箔或其它金屬材料等)散熱，則電子元器件的使 用壽命或反應(yīng)速度會(huì)降低；因?yàn)榻饘俨牧媳旧淼膶?dǎo)熱系數(shù)不高(用于電子原器件散熱的銅，是金屬中散熱效果最好的，其導(dǎo)熱系數(shù)在400W/m K左右，導(dǎo)熱系數(shù)是指在穩(wěn)定傳熱條件下，I米厚的材料的兩側(cè)表面的溫差為I度，在I秒內(nèi)通過(guò)I平方米面積傳遞的熱量)，能夠散去的熱量較少，相對(duì)發(fā)熱量高的電子元器件簡(jiǎn)單利用金屬箔散熱是不夠的，其最后達(dá)到的熱平衡溫度會(huì)超過(guò)電子元器件的正常使用溫度，造成電子元器件使用壽命較短。針對(duì)于發(fā)熱量大的電子元器件，比如電腦的cpu等，其散熱方式往往采用金屬散熱片搭配風(fēng)扇來(lái)散熱。但是風(fēng)扇散熱存在以下缺點(diǎn)一是風(fēng)扇容易吸塵，隨著風(fēng)扇的工作時(shí)間的增加，在風(fēng)扇和電子元器件上會(huì)殘留一定量的灰塵，積壓的灰塵會(huì)對(duì)電子元器件的散熱速度造成較大影響；二是噪音較大，即使現(xiàn)在所謂的靜音風(fēng)扇也無(wú)法完全避免一定量的噪音存在；三是占用空間較大，隨著電子產(chǎn)品更輕型更薄化的市場(chǎng)需求，風(fēng)扇的使用體積對(duì)其存在著一定的阻礙。碳元素是一種很神奇的元素。自然界中導(dǎo)熱系數(shù)最高的物質(zhì)就是碳單質(zhì)——鉆石，其導(dǎo)熱系數(shù)為2300W/m K。碳的同素異形體——石墨，具有與鉆石相媲美的高導(dǎo)熱屬性。通常用作導(dǎo)熱、散熱的石墨結(jié)構(gòu)材料有石墨塊、石墨片(通常的石墨塊、石墨片厚度在0. 3mm至3mm之間)、膨脹石墨膜(又稱(chēng)天然石墨膜)和人造石墨膜。石墨塊和石墨片主要用來(lái)制作各類(lèi)耐高溫容器，或者作為發(fā)熱管道，以及熱流管道的墊片等，近年來(lái)也逐漸作為散熱材料應(yīng)用。比如，大功率LED燈具就有用石墨片導(dǎo)熱的方法，取代以往的導(dǎo)熱硅膠、高熱硅脂充當(dāng)導(dǎo)熱墊片使用。另外，含石墨成分的陶瓷石墨、塑料石墨等復(fù)合材料，替代金屬型材作為散熱器材使用，但是其柔韌性比較差，存在著著不能彎折，易碎等多方面的缺陷。天然石墨膜(膨脹石墨膜)是利用天然石墨粉或者石墨鱗片經(jīng)過(guò)酸性溶液處理，添加粘合劑等在一定溫度條件下壓制成型。目前天然石墨膜的導(dǎo)熱系數(shù)最高只能達(dá)到500W/!!! K，一般只有300至400 W/m*K。天然石墨膜的導(dǎo)熱系數(shù)和現(xiàn)階段的銅相當(dāng)，一般只能局限于散熱要求不高的電子產(chǎn)品使用。人造石墨膜是指利用含碳的高分子膜經(jīng)過(guò)碳化、石墨化工藝制得的石墨膜。人造石墨膜的基本特點(diǎn)是薄，最薄可以做到10微米，一般都在100微米以下；導(dǎo)熱系數(shù)高(或者說(shuō)熱擴(kuò)散性能好、熱擴(kuò)散系數(shù)高)，導(dǎo)熱性能好，其平面方向的導(dǎo)熱系數(shù)一般在800 ff/m -K以上，制作工藝優(yōu)良，石墨化程度90%以上的人造石墨膜的平面導(dǎo)熱系數(shù)可以達(dá)到1500至1800 ff/m K，理論上完美的人造石墨膜的平面方向的導(dǎo)熱系數(shù)能達(dá)到2400W/m K ;柔韌性好，耐彎折性能極佳；導(dǎo)電性能強(qiáng)。人造石墨膜的用途十分廣泛，可以應(yīng)用于電子、航天、軍工等多種領(lǐng)域。特別適用于解決小型電子產(chǎn)品發(fā)熱元器件的發(fā)熱問(wèn)題，比如針對(duì)智能手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦、導(dǎo)航儀等電子產(chǎn)品的cpu、電池等，能夠達(dá)到理想的散熱效果，而且適用十分方便。經(jīng)過(guò)熔敷處理，可以直接貼附于電子產(chǎn)品的發(fā)熱元器件上，解決其發(fā)熱問(wèn)題。人造石墨膜將為上述電子產(chǎn)品向著更薄、更輕、集成化的方向發(fā)展作出十分重要的貢獻(xiàn)。日本目前在人造石墨膜的研究、生產(chǎn)領(lǐng)域處于比較領(lǐng)先的地位。國(guó)內(nèi)一些重要研究機(jī)構(gòu)，院所等從二十世紀(jì)八十年代初開(kāi)始研究人造石墨膜，至今也取得了令人欣喜的成果。但是，眾多的人造石墨膜制作專(zhuān)利及文獻(xiàn)均未公開(kāi)完整的人造石墨膜制作方法，如公開(kāi)號(hào)為CN101687647A的發(fā)明專(zhuān)利，公開(kāi)了一種“石墨膜及石墨復(fù)合膜”的發(fā)明，其內(nèi)容主要闡述制備抗彎折性人造石墨膜的選材、聚酰亞胺的制作以及石墨化施壓范圍和加溫辦法等內(nèi)容，并沒(méi)有講述其具體制作工藝。再如公開(kāi)號(hào)為CN1826288A的發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種“薄 膜狀石墨及其制造方法”，其內(nèi)容主要闡述的是為人們廣泛知曉的作為人造石墨膜原料膜聚酰亞胺的制造，沒(méi)有公開(kāi)制作石墨膜的具體工藝。再如張鵬、遲偉東、沈曾民的國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)“高溫碳化對(duì)聚酰亞胺(PI)薄膜結(jié)構(gòu)與性能的影響”，也沒(méi)有闡述石墨膜的制作工藝，只是講述了原料在碳化、石墨化工程中的變化過(guò)程以及其物理化學(xué)性質(zhì)的變化。中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)CN102149633A (申請(qǐng)?zhí)枮?009801359470)公開(kāi)了一種碳質(zhì)膜的制造方法及由其制得的石墨膜，它公開(kāi)了一種長(zhǎng)尺寸、卷材形式的石墨膜的制造方法，該制造方法是在制作過(guò)程的碳化過(guò)程中靠原料膜之間產(chǎn)生的摩擦力來(lái)保持膜的完整性，從而使得制造的石墨膜不褶皺、不產(chǎn)生波紋，但這種方法制作的石墨膜由于在制造的過(guò)程中沒(méi)有賦予一定的壓力易保證其分解過(guò)程中表面重組的平整性，因此實(shí)際制成的石墨膜的導(dǎo)熱性能并不優(yōu)越，其石墨的晶體結(jié)構(gòu)不夠發(fā)達(dá)，即使后期通過(guò)壓延加工也不能改變這種制作方法帶來(lái)的缺陷。不僅眾多的人造石墨膜制作專(zhuān)利及文獻(xiàn)均未公開(kāi)完整的人造石墨膜制作方法，而且人造石墨膜的具體制作方法本身具有著多樣化的特點(diǎn)，不拘于一種方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種完整的、適合批量生產(chǎn)片狀的高導(dǎo)熱性能石墨膜的制造模具以及具體制造方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一個(gè)目的的技術(shù)方案是提供一種片狀石墨膜的制造模具，包括底座、立柱、上蓋、隔離片和耐溫重物。立柱有4根。底座是一個(gè)呈圓餅狀的石墨塊，其厚度為I至3厘米，直徑是20至50cm。底座的前、后、左、右部各設(shè)有I個(gè)上下向的通孔，4個(gè)通孔的相鄰?fù)紫鄬?duì)于底座的中心軸線(xiàn)等角度設(shè)置，且4個(gè)通孔的軸線(xiàn)位于與底座同心的一個(gè)圓柱側(cè)面上，4個(gè)通孔均設(shè)有內(nèi)螺紋。4根立柱均由石墨制成，立柱呈圓柱狀，其直徑與底座上的通孔的直徑相對(duì)應(yīng)，每根立柱的下部設(shè)有與底座的通孔的內(nèi)螺紋相匹配的外螺紋。4根立柱分別由其下端螺紋部由上向下旋合在底座的相應(yīng)I個(gè)通孔內(nèi)，從而使得4根立柱固定在底座上，從而得到下模組件。隔離片呈正方形狀，其邊長(zhǎng)比4根立柱所圍成的假想正方形的邊長(zhǎng)的小0%至0. 2%。隔離片由耐高溫材料制成。隔離片使用時(shí)水平設(shè)置在底座與4根立柱圍成的空間內(nèi)。耐溫重物由耐高溫材料制成。耐溫重物的形狀與隔離片的形狀一致或稍小，下表面平坦。耐溫重物使用時(shí)水平設(shè)置在底座與4根立柱圍成的空間內(nèi)。上蓋的形狀及大小與底座相同，上蓋是一個(gè)呈圓餅狀的石墨塊，其厚度為I至3厘米，直徑與底座的直徑相等。上蓋的前 、后、左、右部各設(shè)有I個(gè)上下向的通孔，4個(gè)通孔的相鄰?fù)紫鄬?duì)于底座的中心軸線(xiàn)等角度設(shè)置，且4個(gè)通孔的軸線(xiàn)位于與上蓋同心的一個(gè)圓柱側(cè)面上，上蓋的4個(gè)通孔為光孔。上蓋使用時(shí)由其4個(gè)通孔分別由上向下穿過(guò)相應(yīng)一根立柱，并固定在4根立柱的上部。隔離片的制造材料優(yōu)選石墨片、人造石墨膜或者天然石墨膜，更優(yōu)選天然石墨膜。耐溫重物的制造材料優(yōu)選碳素類(lèi)材料，更優(yōu)選石墨塊。耐溫重物是底面形狀和隔離片一樣大小的長(zhǎng)方體狀重物。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第二個(gè)目的的技術(shù)方案是提供一種片狀石墨膜的制造方法，包括如下步驟
①選取原材料，選取雙軸取向、雙折射系數(shù)大于0. I、彈性模量大于400kgf/mm2、拉伸強(qiáng)度在50Mpa以上的聚酰亞胺膜作為原料膜。②設(shè)置制造模具，上述的制造模具采用上述的片狀石墨膜的制造模具。③將步驟①得到的原料膜裁剪成適于放置在步驟②得到的制造模具內(nèi)的形狀。根據(jù)制造模具的4根立柱所圍成的正方形的形狀大小，將步驟①得到的聚酰亞胺膜裁剪成相應(yīng)的正方形狀而得到原料膜，且裁剪完整的每片正方形狀的原料膜的邊長(zhǎng)比正方形的隔離片的邊長(zhǎng)的小0. 5%至1%。④將步驟③得到的原料膜以及相應(yīng)數(shù)量的間隔片4以間隔疊片的方式放置在步驟②得到的下模組件內(nèi)，具體為在步驟②得到的下膜組件的底座的上表面平坦放置第一張?jiān)夏?，然后在第一張?jiān)夏ど现丿B放置第一片隔離片，再重疊放置第二張?jiān)夏?，然后在第二張?jiān)夏ど现丿B放置第二片隔離片，如此疊合直至將所有的原料膜與隔離片均以相互間隔重疊的方式放置在制造模具內(nèi)，從而得到間隔疊片和下模的組合件。上述的相互間隔重疊放置的過(guò)程簡(jiǎn)稱(chēng)為間隔疊片過(guò)程，相互間隔重疊放置則簡(jiǎn)稱(chēng)為間隔疊片。⑤對(duì)步驟④得到的間隔疊片和下模的組合件內(nèi)的原料膜進(jìn)行施壓，將耐溫重物放置在步驟④得到的間隔疊片和模具組件的位于最上方的隔離片的上表面上，從而得到施加重力的間隔疊片和模具的部件。施壓的壓力范圍為3至lOg/cm2。⑥將步驟⑤得到的施加重力的間隔疊片和模具的部件放入碳化爐的內(nèi)腔中。⑦在步驟⑥得到的放入了施加重力的間隔疊片和模具的部件的碳化爐的內(nèi)腔中，先對(duì)碳化爐的內(nèi)腔進(jìn)行抽真空，再充入氮?dú)饣蚨栊詺怏w而形成惰性環(huán)境。⑧在步驟⑦得到的惰性環(huán)境下，將碳化爐加熱升溫至施加重力的間隔疊片和模具的部件的原料膜的碳化溫度而開(kāi)始碳化，并在最高碳化溫度下保溫30至120分鐘而完成碳化，然后自然冷卻。保溫中設(shè)置的最高碳化溫度在1000°C至1400°C。⑨對(duì)步驟⑧得到的施加重力的間隔疊片和模具的部件的碳化后的原料膜進(jìn)行施壓調(diào)整，打開(kāi)碳化爐的爐蓋，在施加重力的間隔疊片和模具的部件的上方替換耐溫重物，施壓的壓力范圍為5. O至100g/cm2。⑩對(duì)步驟⑨得到設(shè)有調(diào)整施壓后的間隔疊片和模具的部件的碳化爐重新形成惰性環(huán)境。先將爐內(nèi)抽真空，然后充氬氣或者氦氣至常壓、微正壓或微負(fù)壓。Q在步驟⑩得到的惰性環(huán)境下，將碳化爐加熱至石墨化溫度進(jìn)行石墨化工序。石
墨化工序中最高溫度的設(shè)置在2800°C至3200°C，并保持在上述溫度區(qū)域內(nèi)某一目標(biāo)值30至120分鐘。
等待碳化爐自然冷卻后，取出制造模具得到成品石墨膜。步驟⑦的具體操作程序是先對(duì)碳化爐抽真空，然后注滿(mǎn)氮?dú)饣蛘邭鍤獾榷栊詺怏w至常壓或者微正壓、微負(fù)壓。然后再進(jìn)行再一次抽真空，再注滿(mǎn)氮?dú)饣蛘邭鍤獾榷栊詺怏w至常壓或者微正壓、微負(fù)壓。 惰性氣體優(yōu)選氮?dú)?，壓力條件優(yōu)選微負(fù)壓。步驟①中，聚酰亞胺原料膜優(yōu)選均苯型酸二酐和對(duì)苯型二胺作為聚酰亞胺的聚合原料所制得的聚酰亞胺膜。步驟⑧中，上述的碳化開(kāi)始時(shí)的升溫過(guò)程，包括在500°C至700°C尤其是550°C至650°C時(shí)，保持以5°C /min以下的速率緩慢升溫。在步驟⑧的碳化過(guò)程中，在500°C至700°C時(shí)采取了進(jìn)一步減壓的操作，使碳化爐的溫區(qū)氣壓為微負(fù)壓-0. IKPa至-0. OlKPa，在700°C之后保持常壓狀態(tài)。步驟 中，上述的石墨化工序中升溫程序以10°C -50°C /min的速率升溫至石墨化工序中最高溫度。在步驟④完成后、步驟⑤進(jìn)行之前，將上蓋設(shè)置在步驟④得到間隔疊片和下模的組合件上，將上蓋由其4個(gè)通孔從上到下分別套在相應(yīng)I根立柱的上端部位上，直至上蓋的下端面與處于最上面的隔離片的上表面相接觸，從而使得步驟⑤和⑨的耐溫重物放置在上蓋的上表面上。本發(fā)明具有積極的效果(I)本發(fā)明的片狀石墨膜的制造模具及制造方法提供一種完整的、適合批量生產(chǎn)片狀的高導(dǎo)熱性能石墨膜的具體制造工藝，能夠批量生產(chǎn)高質(zhì)量的人造石墨膜，該石墨膜熱擴(kuò)散性好、抗彎折性強(qiáng)，適合于解決小型電子產(chǎn)品元器件發(fā)熱問(wèn)題。(2)本發(fā)明的片狀石墨膜的制造模具及制造方法在碳化、石墨化的過(guò)程中采用了對(duì)原料膜進(jìn)行適當(dāng)施壓的方法，充分保證了制造出來(lái)的石墨膜的平整性和石墨結(jié)晶結(jié)構(gòu)的發(fā)達(dá)，因此其熱擴(kuò)散性更加優(yōu)越。(3)本發(fā)明的片狀石墨膜的制造模具及制造方法在石墨化過(guò)程中碳化爐的溫度控制在2800°C以上，保證了石墨化的充分性。(4)本發(fā)明的片狀石墨膜的制造模具及制造方法在碳化過(guò)程的500至700°C的升溫過(guò)程中采取緩慢升溫來(lái)使原料膜盡量保證在劇烈分解重組的過(guò)程中不出現(xiàn)瑕疵，且反應(yīng)均應(yīng)。(5)本發(fā)明的片狀石墨膜的制造模具及制造方法在碳化過(guò)程中可采取恒溫措施，以保證原料膜在某特定溫點(diǎn)反應(yīng)均應(yīng)、充分，從而制得所需特性的石墨膜。


圖I為本發(fā)明的實(shí)施例I中的模具的結(jié)構(gòu)示意 圖2為圖I的仰視圖。上述附圖中的標(biāo)記如下底座1，立柱2，上蓋3，隔離片4，耐溫重物5，原料膜6。
具體實(shí)施例方式(實(shí)施例I、片狀石墨膜的制造模具)
見(jiàn)圖1，本實(shí)施例的制造模具包括底座I、立柱2、上蓋3、隔離片4和耐溫重物5。立柱2有4根。
見(jiàn)圖I及圖2，底座I是一個(gè)呈圓餅狀的石墨塊，其厚度為I至3厘米(本實(shí)施例為2厘米)，直徑是30cm。底座I的前、后、左、右部各設(shè)有I個(gè)上下向的通孔，4個(gè)通孔的相鄰?fù)紫鄬?duì)于底座I的中心軸線(xiàn)等角度設(shè)置，且4個(gè)通孔的軸線(xiàn)位于與底座I同心的一個(gè)圓柱側(cè)面上，4個(gè)通孔均設(shè)有內(nèi)螺紋。4根立柱2均由石墨制成，立柱2呈圓柱狀，其直徑與底座I上的通孔的直徑相對(duì)應(yīng)，每根立柱2的下部設(shè)有與底座I的通孔的內(nèi)螺紋相匹配的外螺紋。4根立柱2分別由其下端螺紋部由上向下旋合在底座I的相應(yīng)I個(gè)通孔內(nèi)，從而使得4根立柱2固定在底座I上，從而得到下模組件。上蓋3的形狀及大小與底座I相同，上蓋3是一個(gè)呈圓餅狀的石墨塊，其厚度為I至3厘米(本實(shí)施例為2厘米)，直徑是30cm。上蓋3的前、后、左、右部各設(shè)有I個(gè)上下向的通孔，4個(gè)通孔的相鄰?fù)紫鄬?duì)于底座I的中心軸線(xiàn)等角度設(shè)置，且4個(gè)通孔的軸線(xiàn)位于與上蓋3同心的一個(gè)圓柱側(cè)面上，上蓋3的4個(gè)通孔為光孔。隔離片4呈正方形狀，其邊長(zhǎng)比4根立柱2所圍成的假想正方形的邊長(zhǎng)的小0%至0. 2%。隔離片4采用熔點(diǎn)在碳化工序中設(shè)定的最高溫度以上的各類(lèi)材料制成，優(yōu)選石墨片、人造石墨I(xiàn)旲或者天然石墨I(xiàn)旲，更優(yōu)選天然石墨I(xiàn)旲。因?yàn)槭暮穸仍?. 3mm以上，而且比較脆，施壓后加上高溫膨脹容易碎裂，加厚則占用的空間會(huì)大，影響量產(chǎn)；人造石墨膜則比較昂貴，且質(zhì)軟、容易破損；所以隔離片4選擇天然石墨膜制成最佳，天然石墨膜的厚度在0. Imm至0. 5mm,且這個(gè)厚度的天然石墨膜已經(jīng)具有了一定的硬度，易疊片。本實(shí)施例的隔離片的大小為21cm*21cm,厚度為0. 2mm,采用天然石墨卷材裁切制成。耐溫重物5由具備一定質(zhì)量的耐高溫材料制成，本實(shí)施例采用石墨制成。耐溫重物5選用的材料的熔點(diǎn)超過(guò)碳化工序中設(shè)置的最高溫度即可，但是石墨化過(guò)程中一般只能選擇石墨塊。制造模具在碳化、石墨化爐中是共用的，所以施壓重物最好也是共用的，因此耐溫重物5優(yōu)選石墨塊。另外，用非碳素類(lèi)材料在高溫下有產(chǎn)生非碳素顆粒污染原料膜6的風(fēng)險(xiǎn)。耐溫重物5的形狀與隔離片4的形狀一致或稍小，下表面平坦，優(yōu)選底面形狀和隔離片4 一樣大小的長(zhǎng)方體石墨塊。本實(shí)施例的耐溫重物5采用長(zhǎng)方體形的石墨塊，其下底面為21cmX21cm的正方形狀。(實(shí)施例2、片狀石墨膜的制造方法)
本實(shí)施例的片狀石墨膜的制造方法包括如下幾個(gè)步驟①選取原材料。一般作為制備石墨膜的高分子膜原料可以是聚酰亞胺(PI)、聚噁二唑(P0D)、聚酰胺(PA)、聚苯并噁唑(PB0)、聚苯并雙惡唑(PBB0)、聚苯并噻唑(PBT)、聚苯并雙噻唑(PBBT)、聚苯并咪唑(PBI)、聚苯并雙咪唑(PBBI)等耐高溫芳香族性高分子膜中的一種。其中聚酰亞胺(PI)和聚噁二唑(POD)是優(yōu)選的原料，更優(yōu)選是聚酰亞胺。因?yàn)樽鳛楹铣删埘啺返脑系乃岫?二胺具有多樣性。本發(fā)明采用的制造片狀石墨膜的高分子膜原料就是聚酰亞胺。本發(fā)明采用的聚酰亞胺材料要求其平面方向的分子取向性好，這樣的聚酰亞胺材料更容易碳化、石墨化，石墨結(jié)晶的取向性也會(huì)提高，制得的石墨膜抗彎折性佳、導(dǎo)熱系數(shù)高(熱擴(kuò)散系數(shù)高)、表面的各向同性度高。平面方向分子取向性是指高分子膜的分子鏈段平行地向同一方向排列。未經(jīng)取向的高分子膜分子鏈段的平面方向排列和垂直方向(厚度方向)排列都是在聚合過(guò)程中自由排列的，由分子間的相互作用力決定。在沒(méi)有外力作用影響下，分子間的相互作用力是相同的，所以未經(jīng)取向的高分子膜分子鏈段的各個(gè)方向(包括平面方向和垂直方向)的物理、化學(xué)性質(zhì)是同性性質(zhì)的。但是這種高分子膜分子鏈段的各向同性并非是適合制得石墨膜的各向同性，只是分子鏈段在等分子力相互作用下進(jìn)行排列產(chǎn)生的同性。制得優(yōu)良石墨膜必須使高分子膜在外力作用下使其分子鏈段在平面方向具有取向性。施加外力的取向方式有兩種，一種是單軸取向，另一種是雙軸取向。單軸取向是指在高分子膜的一個(gè)方向施加拉力，從而使得高分子膜向受力方向伸長(zhǎng)。如在長(zhǎng)度方向單向拉伸，則膜的長(zhǎng)度會(huì)增加，厚度和寬度方向縮小，則長(zhǎng)度方向的分子鏈段具有了取向性。雙軸取向是指外力在兩個(gè)相互垂直的方向拉伸高分子膜，即長(zhǎng)度方向和寬度方向雙向拉伸，雙軸取向的高分子膜的長(zhǎng)度和寬度都會(huì)增加，其厚度減小，高分子膜的分子鏈段相對(duì)于拉伸平面平行排列，拉伸平面內(nèi)側(cè)(可視為厚度方向)的分子鏈段為隨機(jī)排列。可見(jiàn)雙軸取向的高分子膜，在拉伸平面內(nèi)具有水平方向各向同性性質(zhì)，而拉伸平面外的其他方向則相對(duì)于拉伸平面是異性性質(zhì)。因此，利用高分子膜制得的人造石墨膜的平面方向與垂直方向也存在著各向異性。雙軸取向的聚酰亞胺膜就是本實(shí)施例選用的原料高分子膜。有取向就有取向度，取向度越高、取向性越好的聚酰亞胺原料膜越容易碳化、石墨化，能夠制得的石墨膜的品質(zhì)(熱擴(kuò)散性、導(dǎo)電性等)越高原料膜經(jīng)過(guò)雙軸取向后，拉伸面的分子鏈段平行排列更有利于分子間熱量的傳遞，熱量在分子間傳遞過(guò)程中損失更小，效率更好；同時(shí)分子鏈?zhǔn)芡饬旌笫沟梅肿娱g本身的作用力減小，這樣其分子分解重排所需要的能量就相對(duì)減小了，所以容易碳化、石墨化。確定聚酰亞胺薄膜的取向度有很多方法，如廣角X射線(xiàn)衍射法、雙折射法、聲波傳播法，紅外二向色性法等。這些方法都是基于取向后的聚酰亞胺薄膜其拉伸平面方向與厚度方向的物理性質(zhì)為各向異性。以雙折射法確定原料膜取向度為例雙折射系數(shù)是表示原料膜平面方向的折光率(設(shè)Nx表示)與縱向垂直于膜平面的厚度方向的折光率(設(shè)Nz表示)之差，即An=Nx-Nz。An值越大表示原料膜取向度越好,作為本實(shí)施例所選用的材料An應(yīng)> 0. 10。Nx應(yīng)多取值，即在原料膜平面多個(gè)角度(如0°方向、30°方向、45°方向等)取值，用所獲得的多個(gè)Nx減Nz，取其平均值視為較準(zhǔn)確的An。Nz也可以多取值，但Nz的差別很小，有時(shí)是由于操作或者儀器造成微小差別，所以可以適當(dāng)少取值。Nx多取值的另一個(gè)目的可以判斷原料膜是否屬于雙軸取向。例如，用Nxl表示0°方向(可在膜平面內(nèi)自由確定)的折光率，用Nx2表示膜平面內(nèi)與0°方向垂直的90°方向的折光率取值，如Nxl-Nx2的值接近于零或者等于零則說(shuō)明材料是雙軸取向的，反之則說(shuō)明原料膜是單軸取向的，本實(shí)施例優(yōu)選的材料是雙軸取向的聚酰亞胺?？估瓘?qiáng)度也可以視為原料膜取向度判斷的一個(gè)指標(biāo)，抗拉強(qiáng)度越高，原料膜取向度越好；更為直接的原料膜取向度的判斷指標(biāo)就是拉伸強(qiáng)度，拉伸強(qiáng)度越大，取向度就會(huì)越高。但是這兩個(gè)指標(biāo)的前提是原料膜是雙軸取向的。另外原料膜的彈性模量越高，制得的石墨膜品質(zhì)也越好，本實(shí)施例采用的聚酰亞胺原料膜其彈性模量應(yīng)大于400kgf/mm2(千克力每平方毫米，指每平方毫米的面積上施加I千克力的壓力)?？赏ㄟ^(guò)LaWave彈性模量檢測(cè)儀來(lái)對(duì)原料膜的彈性模量進(jìn)行檢測(cè)。作為聚 酰亞胺的聚合原料優(yōu)選均苯型酸二酐和對(duì)苯型二胺更易制得所需性能的聚酰亞胺原料膜。本實(shí)施例采用溧陽(yáng)華晶電子材料有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為H型的、長(zhǎng)度為10米、寬度為500毫米、厚度25微米、拉伸強(qiáng)度50MPa、雙軸取向的卷材型聚酰亞胺膜作為原料膜的原材料。②設(shè)置制造模具。采用由實(shí)施例I得到的片狀石墨膜的制造模具。③將步驟①得到的聚酰亞胺膜裁剪成適于放置在模具內(nèi)的形狀。根據(jù)制造模具的4根立柱2所圍成的正方形的形狀大小，將步驟①得到的聚酰亞胺膜裁剪成相應(yīng)的正方形狀而得到原料膜6，且裁剪完整的每片正方形狀的原料膜6的邊長(zhǎng)比正方形的隔離片4的邊長(zhǎng)的小0. 5%至1%。將每片原料膜的尺寸設(shè)定為略小于制造模具中可以放置的最大尺寸的原因是原料膜在碳化加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生膨脹，如果原料膜的尺寸和制造模具可以放置的最大尺寸一樣，那么原料膜在加工過(guò)程中會(huì)因膨脹而與制造模具的邊緣相擦，從而導(dǎo)致碳化好的原料膜部分邊緣彎曲、褶皺或破損，在石墨化加工過(guò)程中同樣不得修復(fù)，影響了石墨I(xiàn)吳的整體品質(zhì)。本實(shí)施例的每片原料I吳的大小為20. 8cm*20. 8cm的正方形狀，共200張。④將步驟③得到的原料膜6以間隔疊片的方式放置在步驟②得到的下模組件內(nèi)，得到間隔疊片和下模的組合件。見(jiàn)圖1，在步驟②得到的下膜組件的底座I的上表面平坦放置第一張?jiān)夏?，然后在第一張?jiān)夏?上重疊放置第一片隔離片4，再重疊放置第二張?jiān)夏?，然后在第二張?jiān)夏?上重疊放置第二片隔離片4，如此疊合直至將所有200張?jiān)夏?與隔離片4均以相互間隔重疊的方式放置在制造模具內(nèi)，從而得到間隔疊片和下模的組合件。上述的相互間隔重疊放置的過(guò)程簡(jiǎn)稱(chēng)為間隔疊片過(guò)程，相互間隔重疊放置則簡(jiǎn)稱(chēng)為間隔疊片。間隔疊片過(guò)程中應(yīng)盡量保持原料膜6的平整，以及原料膜6與隔離片4之間的對(duì)準(zhǔn)。將隔離片4用于間隔疊片的原因是防止原料膜6在后續(xù)加工過(guò)程中熔接在一起。⑤將上蓋3設(shè)置在步驟④得到間隔疊片和下模的組合件上，將上蓋3由其4個(gè)通孔從上到下分別套在相應(yīng)I根立柱2的上端部位上，直至上蓋3的下端面與處于最上面的隔離片4的上表面相接觸，從而得到間隔疊片和模具的部件。⑥對(duì)步驟⑤得到的間隔疊片和模具組件內(nèi)的原料膜6進(jìn)行施壓。將耐溫重物5放置在步驟⑤得到的間隔疊片和模具組件的上蓋3的上表面上，從而得到施加重力的間隔疊片和模具的部件。耐溫重物5的重力通過(guò)上蓋3對(duì)疊片后的原料膜6施加一定的壓力以便進(jìn)行碳化過(guò)程。施壓是為了保證碳化過(guò)程中原料膜6的平整性和制得所需品質(zhì)的石墨膜。碳化過(guò)程中，原料膜6分子會(huì)分解并進(jìn)行分子重組，如果不適當(dāng)施壓，碳化的原料膜6會(huì)產(chǎn)生波紋等瑕疵。在碳化過(guò)程中，原料膜6分解時(shí)在其平面方向產(chǎn)生較大幅度收縮，如果壓力過(guò)大，阻礙其收縮，原料膜6就會(huì)產(chǎn)生裂紋、孔洞或者斷裂。另外碳化過(guò)程中分子分解會(huì)產(chǎn)生焦油，如果壓力過(guò)大不利于焦油的排出，即使減壓也會(huì)有極少量焦油殘留，從而影響石墨膜的品質(zhì)。碳化過(guò)程施壓的壓力范圍為3至lOg/cm2 (克每平方厘米)。另外，施壓也是為了碳化好的原料膜6在其平面方向的類(lèi)石墨結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)均勻創(chuàng)造了條件，有利于石墨化。本步驟中耐溫重物5的質(zhì)量設(shè)置為2000g。 ⑦將步驟⑥得到的施加重力的間隔疊片和模具的部件放入碳化爐的內(nèi)腔中。本實(shí)施例采用長(zhǎng)沙諾天電子科技有限公司生產(chǎn)的高溫碳化設(shè)備。⑧在步驟⑦得到的放入了施加重力的間隔疊片和模具的部件的碳化爐的內(nèi)腔中，形成惰性環(huán)境。先對(duì)碳化爐的內(nèi)腔進(jìn)行抽真空，再充入氮?dú)饣蚨栊詺怏w而形成惰性環(huán)境。形成惰性環(huán)境的目的是為了保護(hù)碳化爐的中心溫區(qū)不受污染，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，同時(shí)也是防止空氣中的氣體在高溫下和原料膜6發(fā)生反應(yīng)。原料膜6是不能在自然空氣氛圍下進(jìn)行碳化的。具體操作程序是先對(duì)碳化爐抽真空，然后注滿(mǎn)氮?dú)饣蛘邭鍤獾榷栊詺怏w至常壓或者微正壓、微負(fù)壓，所述微正壓是指所測(cè)環(huán)境壓力高于常壓(即一個(gè)大氣壓)1至400Pa的氣體壓力狀態(tài)；所述微負(fù)壓是指所測(cè)環(huán)境壓力低于常壓(即一個(gè)大氣壓)I至400Pa的氣體壓力狀態(tài)，例如在外界環(huán)境的大氣壓是IMpa的情況下，微負(fù)壓-0. IKPa的絕對(duì)壓力值即為99. 9KPa ;此時(shí)可以進(jìn)行再一次抽真空，這樣先前抽真空時(shí)沒(méi)有排出的空氣進(jìn)一步得到稀釋被抽走，然后再注滿(mǎn)氮?dú)饣蛘邭鍤獾榷栊詺怏w至常壓或者微正壓、微負(fù)壓。惰性氣體優(yōu)選比較經(jīng)濟(jì)，惰性程度次于氬氣和氦氣的氮?dú)?。一般在升溫程序開(kāi)始前進(jìn)行抽真空、充氮?dú)饣蚨栊詺怏w的操作，雖然在原料分解溫度前不存在氣體氛圍的選擇，但是一旦升溫程序啟動(dòng)，后續(xù)難以控制抽真空和充氮?dú)饣蚨栊詺怏w的操作，而且空氣中的雜質(zhì)在原料膜6分解溫度前也有可能污染原料，所以選擇在升溫程序啟動(dòng)前抽真空、充氮?dú)饣蚨栊詺怏w的操作。本實(shí)施例中的所形成的惰性環(huán)境為充滿(mǎn)氮?dú)?。碳化爐保持常壓、微正壓或者微負(fù)壓的條件氣氛條件直至碳化結(jié)束，冷卻到常溫，或者300°C以下的開(kāi)爐溫度開(kāi)爐都是可以的；微負(fù)壓是比較優(yōu)選的壓力條件，因?yàn)樵谠夏?碳化過(guò)程中會(huì)有焦油產(chǎn)生，微負(fù)壓比較適合排焦油，保護(hù)爐體和爐心。⑨在步驟⑧得到的惰性環(huán)境下，將碳化爐加熱升溫至施加重力的間隔疊片和模具的部件的原料膜6的碳化溫度而開(kāi)始碳化，在碳化溫度下保溫30分鐘左右而完成碳化。保溫中設(shè)置的最高碳化溫度在1000°C至1400°C，一般1000°C即可，優(yōu)選1200°C，更優(yōu)選HOO0C0在1000°C以上，原料膜6的碳化是指原料膜6的分子分解出碳后再重組，基本形成類(lèi)石墨結(jié)構(gòu)的六角碳網(wǎng)層面，而為進(jìn)行下一步的石墨化的工序創(chuàng)造了條件。設(shè)置1000°C以上例如1200°C或1400°C的高溫的原因是使原料膜6碳化更加充分，碳在分子重組后的石墨膜中含量更高，類(lèi)石墨結(jié)構(gòu)生成度更高，石墨化度也就更高。
所述的碳化開(kāi)始時(shí)的升溫過(guò)程，包括在500°C至700°C尤其是550°C至650°C時(shí)，保持以5°C /min以下的速率緩慢升溫，其余溫度區(qū)段可以根據(jù)各自工藝的要求設(shè)計(jì)。碳化中也可以設(shè)計(jì)恒溫的時(shí)間段。設(shè)置恒溫時(shí)間段的目的是為了盡量保證原料膜6在同一時(shí)間、同一溫度下進(jìn)行分解重組成炭固體的反應(yīng)，這樣材料分解重組的比較均勻；如果保持持續(xù)升溫，由于在同一時(shí)間設(shè)備內(nèi)部溫區(qū)各個(gè)點(diǎn)的溫度實(shí)際并不均勻，導(dǎo)致原料膜6在同一時(shí)間實(shí)際不能夠在相同的溫度下進(jìn)行相應(yīng)的分解重組反應(yīng)，理所當(dāng)然原料膜6各個(gè)點(diǎn)的反應(yīng)程度也就不一樣，就有存在瑕疵的可能性。另外，恒溫的目的也是為了讓原料膜6在恒溫溫度點(diǎn)獲得充分反應(yīng)和統(tǒng)一程度反應(yīng)的時(shí)間，以達(dá)到均勻性好的目的。緩慢升溫的道理也是一樣的，因?yàn)榫徛郎貜哪撤N程度上來(lái)講就是使原料膜6在同一時(shí)間內(nèi)所受的溫度基本是相同的，這樣反應(yīng)程度也就基本一樣，原料膜6的分子分解重組后出現(xiàn)的瑕疵就少。在500°C至700°C溫度區(qū)段選擇比較慢的升溫速率，是因?yàn)?00°C至700°C時(shí)原料膜6的分子的分解重組是非常劇烈的，其中550°C至650°C是最劇烈的溫度區(qū)段，一定要在此區(qū)段讓原料膜6均勻反應(yīng)，這樣分子分解重組后的瑕疵就少。本實(shí)施例以3°C /min的速率升溫至1200°C，恒溫30分鐘，然后自然冷卻。 ⑩對(duì)步驟⑨得到的施加重力的間隔疊片和模具的部件的碳化后的原料膜6進(jìn)行施壓調(diào)整。打開(kāi)碳化爐的爐蓋，在施加重力的間隔疊片和模具的部件的上蓋3的上方替換耐溫重物5，而對(duì)碳化后的原料膜6施加一定的壓力以便進(jìn)行石墨化過(guò)程。石墨化時(shí)不施壓，則石墨膜的石墨晶體結(jié)構(gòu)連續(xù)性差，物理性能也就差。但碳化過(guò)程中施壓壓力須小于石墨化過(guò)程中的施壓壓力，因?yàn)樵夏?分子分解、重組的反應(yīng)大部分在碳化過(guò)程，石墨化過(guò)程分子反應(yīng)比較輕緩。而在石墨化過(guò)程中壓力小了起泡會(huì)多，石墨晶體結(jié)構(gòu)不夠發(fā)達(dá)(即晶體結(jié)構(gòu)連續(xù)性差)，導(dǎo)熱等物理性能也就差，所以石墨化過(guò)程的施壓壓力要大些。石墨化過(guò)程施壓的壓力范圍為5. 0至lOOg/cm2，石墨化過(guò)程中施壓的壓力也不能過(guò)大，如果壓力高于IOOg/ cm2，則過(guò)于助長(zhǎng)表面方向的石墨晶體結(jié)構(gòu)的發(fā)達(dá)，得到氣泡程度非常小，氣泡面積非常大的堅(jiān)硬石墨膜。所以施壓壓力過(guò)大，石墨膜成品會(huì)比較脆，柔韌性差，容易碎。本步驟中耐溫重物5的質(zhì)量調(diào)整設(shè)置為6000g。G<對(duì)步驟⑩得到設(shè)有調(diào)整施壓后的間隔疊片和模具的部件的碳化爐重新形成惰
性環(huán)境。先將爐內(nèi)抽真空，然后充氬氣或者氦氣至常壓、微正壓或微負(fù)壓。氣壓范圍對(duì)石墨膜品質(zhì)的影響不大，可以根據(jù)各自工藝的特點(diǎn)設(shè)計(jì)。本實(shí)施例的石墨化工序選擇在微正壓的惰性氣體氛圍條件下進(jìn)行，氣氛條件優(yōu)選為氬氣和氦氣。氮?dú)怆m然也是不活潑氣體，但是在石墨化高溫條件下氮?dú)獯嬖诤驮夏?繼續(xù)分解所釋放的氣體產(chǎn)生反應(yīng)而污染原料膜6和設(shè)備核心溫區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)。 在步驟 得到的惰性環(huán)境下，將碳化爐加熱至石墨化溫度進(jìn)行石墨化工序；
碳分子排列由無(wú)序狀態(tài)向石墨晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化在2000°C以上開(kāi)始，到2600°C時(shí)石墨化度就比較高了，溫度越高石墨化程度越高。本實(shí)施例的石墨化工序中最高溫度的設(shè)置在2800°C以上。具體操作是以10°C至50°C /min的速率升溫至2800°C以上，在目標(biāo)溫度恒溫30至120分鐘。本實(shí)施例在常壓(一個(gè)大氣壓)氬氣氛圍下，以20°C /min的速率升溫至2800°C /min,恒溫I小時(shí)。等待碳化爐自然冷卻后，取出制造模具得到成品石墨膜。(實(shí)施例3)
本實(shí)施例的過(guò)程基本與實(shí)施例2基本相同，其不同之處在于在步驟⑦前不進(jìn)行步驟⑥，即碳化過(guò)程中不給原料膜6施壓。制得的石墨膜有波紋，碳化設(shè)備核心溫區(qū)有輕微污染。(實(shí)施例4)
本實(shí)施例的過(guò)程基本與實(shí)施例2相同，其不同之處在于在步驟⑨完成后，不進(jìn)步驟⑩，即在石墨化過(guò)程中不給原料膜6進(jìn)行施壓調(diào)整。制得的石墨膜質(zhì)地偏軟、熱擴(kuò)散性稍差，碳化設(shè)備核心溫區(qū)有輕微污染。 (實(shí)施例5)
本實(shí)施例的過(guò)程基本與實(shí)施例2基本相同，其不同之處在于在步驟⑨的碳化過(guò)程中，溫度加熱至500°C至700°C時(shí)采取了減壓的操作，使碳化爐設(shè)備溫區(qū)內(nèi)氣壓為微負(fù)壓-O.OlKPa，在700°C之后保持常壓狀態(tài)。制得的石墨膜沒(méi)有熔接現(xiàn)象，碳化設(shè)備核心溫區(qū)沒(méi)有污染。(實(shí)施例6)
本實(shí)施例的過(guò)程基本與實(shí)施例2基本相同，其不同之處在于步驟⑥中，對(duì)制造模具內(nèi)的原料膜6進(jìn)行施壓，施壓重物5的質(zhì)量改為3000g ；
步驟 中，施壓重物5的質(zhì)量調(diào)整為10000g。制得的石墨膜沒(méi)有熔接現(xiàn)象，碳化設(shè)備
核心溫區(qū)有輕微污染。(實(shí)施例7)
本實(shí)施例的過(guò)程基本與實(shí)施例2基本相同，其不同之處在于步驟①中，采用溧陽(yáng)華晶電子材料有限公司生產(chǎn)的厚度50微米、拉伸強(qiáng)度50MPa、雙軸取向的聚酰亞胺膜作為原料膜6 ；
在步驟⑨的碳化過(guò)程中，溫度加熱至500°C至700°C時(shí)采取了減壓的操作，使碳化爐設(shè)備溫區(qū)內(nèi)氣壓為微負(fù)壓-0. OlKPa，在700°C之后保持常壓狀態(tài)。制得的石墨膜沒(méi)有熔接現(xiàn)象，碳化設(shè)備核心溫區(qū)有輕微污染。(實(shí)施例8)
本實(shí)施例的過(guò)程基本與實(shí)施例7基本相同，其不同之處在于步驟⑥中，對(duì)制造模具內(nèi)的原料膜6進(jìn)行施壓，施壓重物5的質(zhì)量改為3000g ；
步驟 中，施壓重物5的質(zhì)量調(diào)整為10000g。制得的石墨膜沒(méi)有熔接現(xiàn)象，碳化設(shè)備
核心溫區(qū)沒(méi)有產(chǎn)生污染。(比較例)
采用德國(guó)耐馳LFA447導(dǎo)熱測(cè)試儀將制得的石墨膜進(jìn)行熱擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定。將實(shí)施例I至7的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的氣氛條件、是否熔接、熱擴(kuò)散率、碳化爐內(nèi)有無(wú)污染等數(shù)據(jù)計(jì)入表一。表一
權(quán)利要求
1.一種片狀石墨膜的制造模具，其特征在于包括底座(I)、立柱(2)、上蓋(3)、隔離片(4)和耐溫重物(5);立柱(2)有4根； 底座(I)是一個(gè)呈圓餅狀的石墨塊，其厚度為I至3厘米，直徑是20至50cm ;底座(I)的前、后、左、右部各設(shè)有I個(gè)上下向的通孔，4個(gè)通孔的相鄰?fù)紫鄬?duì)于底座(I)的中心軸線(xiàn)等角度設(shè)置，且4個(gè)通孔的軸線(xiàn)位于與底座(I)同心的一個(gè)圓柱側(cè)面上，4個(gè)通孔均設(shè)有內(nèi)螺紋； 4根立柱(2)均由石墨制成，立柱(2)呈圓柱狀，其直徑與底座(I)上的通孔的直徑相對(duì)應(yīng)，每根立柱(2)的下部設(shè)有與底座(I)的通孔的內(nèi)螺紋相匹配的外螺紋；4根立柱(2)分別由其下端螺紋部由上向下旋合在底座(I)的相應(yīng)I個(gè)通孔內(nèi)，從而使得4根立柱(2)固定在底座(I)上，從而得到下模組件； 隔離片(4)呈正方形狀，其邊長(zhǎng)比4根立柱(2)所圍成的假想正方形的邊長(zhǎng)的小0%至0. 2%;隔離片(4)由耐高溫材料制成；隔離片(4)使用時(shí)水平設(shè)置在底座(I)與4根立柱(2)圍成的空間內(nèi)；· 耐溫重物(5)由耐高溫材料制成；耐溫重物(5)的形狀與隔離片(4)的形狀一致或稍小，下表面平坦；耐溫重物(5)使用時(shí)水平設(shè)置在底座(I)與4根立柱(2)圍成的空間內(nèi)； 上蓋(3)的形狀及大小與底座(I)相同，上蓋(3)是一個(gè)呈圓餅狀的石墨塊，其厚度為I至3厘米，直徑與底座(I)的直徑相等；上蓋(3)的前、后、左、右部各設(shè)有I個(gè)上下向的通孔，4個(gè)通孔的相鄰?fù)紫鄬?duì)于底座(I)的中心軸線(xiàn)等角度設(shè)置，且4個(gè)通孔的軸線(xiàn)位于與上蓋(3)同心的一個(gè)圓柱側(cè)面上，上蓋(3)的4個(gè)通孔為光孔；上蓋(3)使用時(shí)由其4個(gè)通孔分別由上向下穿過(guò)相應(yīng)一根立柱(2)，并固定在4根立柱(2)的上部。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的片狀石墨膜的制造模具，其特征在于隔離片(4)的制造材料優(yōu)選石墨片、人造石墨膜或者天然石墨膜，更優(yōu)選天然石墨膜； 耐溫重物(5)的制造材料優(yōu)選碳素類(lèi)材料，更優(yōu)選石墨塊；耐溫重物(5)是底面形狀和隔離片(4) 一樣大小的長(zhǎng)方體狀重物。
3.一種片狀石墨膜的制造方法，包括如下步驟 ①選取原材料，選取雙軸取向、雙折射系數(shù)大于0.I、彈性模量大于400kgf/mm2、拉伸強(qiáng)度在50Mpa以上的聚酰亞胺膜作為原料膜； ②設(shè)置制造模具，所述的制造模具采用如權(quán)利要求I所述的片狀石墨膜的制造模具； ③將步驟①得到的原料膜裁剪成適于放置在步驟②得到的制造模具內(nèi)的形狀；根據(jù)制造模具的4根立柱(2)所圍成的正方形的形狀大小，將步驟①得到的聚酰亞胺膜裁剪成相應(yīng)的正方形狀而得到原料膜(6)，且裁剪完整的每片正方形狀的原料膜(6)的邊長(zhǎng)比正方形的隔離片(4)的邊長(zhǎng)的小0. 5%至1%; ④將步驟③得到的原料膜(6)以及相應(yīng)數(shù)量的間隔片4以間隔疊片的方式放置在步驟②得到的下模組件內(nèi)，具體為在步驟②得到的下膜組件的底座(I)的上表面平坦放置第一張?jiān)夏?6)，然后在第一張?jiān)夏?6)上重疊放置第一片隔離片(4)，再重疊放置第二張?jiān)夏?6)，然后在第二張?jiān)夏?6)上重疊放置第二片隔離片(4)，如此疊合直至將所有的原料膜(6)與隔離片(4)均以相互間隔重疊的方式放置在制造模具內(nèi)，從而得到間隔疊片和下模的組合件；上述的相互間隔重疊放置的過(guò)程簡(jiǎn)稱(chēng)為間隔疊片過(guò)程，相互間隔重疊放置則簡(jiǎn)稱(chēng)為間隔疊片；⑤對(duì)步驟④得到的間隔疊片和下模的組合件內(nèi)的原料膜(6)進(jìn)行施壓，將耐溫重物(5)放置在步驟④得到的間隔疊片和模具組件的位于最上方的隔離片(4)的上表面上，從而得到施加重力的間隔疊片和模具的部件；施壓的壓力范圍為3至lOg/cm2 將步驟⑤得到的施加重力的間隔疊片和模具的部件放入碳化爐的內(nèi)腔中； ⑦在步驟⑥得到的放入了施加重力的間隔疊片和模具的部件的碳化爐的內(nèi)腔中，先對(duì)碳化爐的內(nèi)腔進(jìn)行抽真空，再充入氮?dú)饣蚨栊詺怏w而形成惰性環(huán)境； ⑧在步驟⑦得到的惰性環(huán)境下，將碳化爐加熱升溫至施加重力的間隔疊片和模具的部件的原料膜(6)的碳化溫度而開(kāi)始碳化，并在最高碳化溫度下保溫30至120分鐘而完成碳化，然后自然冷卻；保溫中設(shè)置的最高碳化溫度在1000°C至1400°C ； ⑨對(duì)步驟⑧得到的施加重力的間隔疊片和模具的部件的碳化后的原料膜(6)進(jìn)行施壓 調(diào)整，打開(kāi)碳化爐的爐蓋，在施加重力的間隔疊片和模具的部件的上方替換耐溫重物(5 )， 施壓的壓力范圍為5. 0至lOOg/cm2 ； ⑩對(duì)步驟⑨得到設(shè)有調(diào)整施壓后的間隔疊片和模具的部件的碳化爐重新形成惰性環(huán)境；先將爐內(nèi)抽真空，然后充氬氣或者氦氣至常壓、微正壓或微負(fù)壓； 在步驟⑩得到的惰性環(huán)境下，將碳化爐加熱至石墨化溫度進(jìn)行石墨化工序；石墨化工序中最高溫度的設(shè)置在2800°C至3200°C，并保持在上述溫度區(qū)域內(nèi)某一目標(biāo)值30至120分鐘； @等待碳化爐自然冷卻后，取出制造模具得到成品石墨膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的片狀石墨膜的制造方法，其特征在于步驟⑦的具體操作程序是先對(duì)碳化爐抽真空，然后注滿(mǎn)氮?dú)饣蛘邭鍤獾榷栊詺怏w至常壓或者微正壓、微負(fù)壓；然后再進(jìn)行再一次抽真空，再注滿(mǎn)氮?dú)饣蛘邭鍤獾榷栊詺怏w至常壓或者微正壓、微負(fù)壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的片狀石墨膜的制造方法，其特征在于惰性氣體優(yōu)選氮?dú)?，壓力條件優(yōu)選微負(fù)壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的片狀石墨膜的制造方法，其特征在于步驟①中，聚酰亞胺原料膜優(yōu)選均苯型酸二酐和對(duì)苯型二胺作為聚酰亞胺的聚合原料所制得的聚酰亞胺膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的片狀石墨膜的制造方法，其特征在于步驟⑧中，所述的碳化開(kāi)始時(shí)的升溫過(guò)程，包括在5000C至7000C尤其是550°C至650°C時(shí)，保持以5°C /min以下的速率緩慢升溫。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的片狀石墨膜的制造方法，其特征在于在步驟⑧的碳化過(guò)程中，在500°C至700°C時(shí)采取了進(jìn)一步減壓的操作，使碳化爐的溫區(qū)氣壓為微負(fù)壓-0. IKPa至-0. OlKPa，在700°C之后保持常壓狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的片狀石墨膜的制造方法，其特征在于步驟 中，所述的石墨化工序中升溫程序以10°c -50°C /min的速率升溫至石墨化工序中最高溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求3至9之一所述的片狀石墨膜的制造方法，其特征在于在步驟④完成后、步驟⑤進(jìn)行之前，將上蓋(3)設(shè)置在步驟④得到間隔疊片和下模的組合件上，將上蓋(3)由其4個(gè)通孔從上到下分別套在相應(yīng)I根立柱(2)的上端部位上，直至上蓋(3)的下端面與處于 最上面的隔離片(4)的上表面相接觸，從而使得步驟⑤和⑨的耐溫重物(5)放置在上蓋(3)的上表面上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種片狀石墨膜的制造模具及制造方法，包括如下步驟先選取雙軸取向的聚酰亞胺膜作為原料膜，再設(shè)置好制造模具，然后將裁剪好的原料膜以間隔疊片的方式放置在模具內(nèi)，并對(duì)原料膜進(jìn)行施壓，然后放入碳化爐進(jìn)行碳化工序，冷卻后，對(duì)原料膜調(diào)整施壓在進(jìn)行石墨化工序，待自然冷卻后得到成品石墨膜。本發(fā)明提供了一種完整的、適合批量生產(chǎn)片狀的高導(dǎo)熱性能石墨膜的具體制造工藝，能夠批量生產(chǎn)高質(zhì)量的人造石墨膜，該石墨膜熱擴(kuò)散性好、抗彎折性強(qiáng)，適合于解決小型電子產(chǎn)品元器件發(fā)熱問(wèn)題。
文檔編號(hào)C01B31/04GK102745674SQ20121021042
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者孫偉峰 申請(qǐng)人:孫偉峰