專(zhuān)利名稱(chēng)：一種輕質(zhì)高導(dǎo)熱復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及導(dǎo)熱復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著微電子系統(tǒng)的功率在持續(xù)地增加，體積不斷減小。處在整個(gè)設(shè)備溫度 最高點(diǎn)的電子元件本身也是熱源，過(guò)高的溫升往往是導(dǎo)致電子系統(tǒng)故障和失效 的致命因素。為使電子系統(tǒng)(特別是敏感電路和元器件)能持續(xù)穩(wěn)定地工作， 對(duì)其進(jìn)行有效可靠的散熱顯然十分重要因此，研究和開(kāi)發(fā)高效率的電子散熱材 料和相關(guān)技術(shù)已刻不容緩。
金屬是首選的導(dǎo)熱材料。熱傳導(dǎo)系數(shù)很高的金、銀，由于質(zhì)地軟、密度大、
價(jià)格高而無(wú)法廣泛采用；鐵則由于熱傳導(dǎo)率低、密度大，無(wú)法滿(mǎn)足高熱密度場(chǎng) 合需要，不適合用于制作計(jì)算機(jī)空冷散熱片等。銅的熱傳導(dǎo)系數(shù)雖然很高，可 礙于密度大、成本較高、加工難度大等不利因素，在計(jì)算機(jī)相關(guān)散熱片中使用 較少。鋁作為地殼中含量最高的金屬，因熱傳導(dǎo)系數(shù)較高、密度小、價(jià)格低而 受到青睞；但由于純鋁硬度較小，在各種應(yīng)用領(lǐng)域中通常會(huì)摻加各種配方材料 制成鋁合金，寄此獲得許多純鋁所不具備的特性，而成為了散熱片加工材料的 理想選擇。但是金屬材料密度高、成本大、易腐蝕、在冶煉和加工過(guò)程中能耗 和環(huán)境污染大，因此尋求一種性能較金屬優(yōu)越的輕質(zhì)復(fù)合材料，若其加工過(guò)程 能耗低，對(duì)環(huán)境影響小，必將成為新一代的散熱材料，以部分或全部取代金屬， 其市場(chǎng)前景十分可觀，除電子器件散熱外，還可用于LED、大功率電器散熱等 領(lǐng)域。
石墨是碳元素的結(jié)晶體，具有比銅和銀更大的熱導(dǎo)率。沿石墨片層方向上 的高導(dǎo)熱[理論值為數(shù)kW/(mK)]特性和垂直于石墨片層方向的低導(dǎo)熱[理論 值為(6W/(mK))]特性與其特殊的層狀結(jié)構(gòu)有關(guān)。相比于上述金屬基導(dǎo)熱材料，
碳材料的導(dǎo)熱系數(shù)明顯高，而且自身質(zhì)輕、耐腐蝕、原料價(jià)廉，在散熱材料開(kāi) 發(fā)方面具有更加優(yōu)越的前途和市場(chǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)金屬材料在散熱領(lǐng)域中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種輕質(zhì)高 導(dǎo)熱復(fù)合材料及其制備方法。
本發(fā)明的輕質(zhì)高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于它含有重量百分比含量為 50%~95%的石墨粉，1~45%的導(dǎo)熱納米材料，高分子粘結(jié)劑4~5%，上述組分之
3和為100%，所說(shuō)的導(dǎo)熱納米材料是碳納米管、納米碳纖維、SiC、 AlN和Si中 的一種或幾種混合。
上述的石墨粉的粒徑為0.1 100微米。所說(shuō)的SiC、 AlN和Si是粒徑分別 在10-500納米的粉末。
本發(fā)明中，所說(shuō)的石墨粉可以是天然鱗片石墨或人造石墨，其中，人造石 墨為石墨纖維、熱解石墨、酸化石墨、膨脹石墨、柔性石墨和多孔石墨中的一 種或幾種。
本發(fā)明中，所說(shuō)的碳納米管是單壁碳納米管和多壁碳納米管中的一種或混 合物。
輕質(zhì)高導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法，其特征是步驟如下
按權(quán)利要求1所說(shuō)的重量百分比含量稱(chēng)取石墨粉和導(dǎo)熱納米材料置于密閉 容器中混合，混合的同時(shí)加入高分子粘結(jié)劑，混合0.5 24小時(shí)后，烘干，制成 坯體，然后在真空或者在氬氣、氫氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下，于200°C以上，大于 8MPa壓力下熱固成型。
本發(fā)明中，作為導(dǎo)熱納米材料的碳納米管為經(jīng)過(guò)純化的碳納米管，納米碳 纖維為經(jīng)過(guò)純化的納米碳纖維；純化方法如下將碳納米管或納米碳纖維加入 到硝酸、硫酸、鹽酸溶液或它們的混合溶液中，超聲波振蕩處理0.2-24小時(shí)， 過(guò)濾、用水反復(fù)沖洗至中性，烘干。
上述的高分子粘結(jié)劑可以是甲基纖維素、羥已基纖維素、羧甲基纖維素、 聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和聚乙烯亞胺中的一種或混合物。
本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短。原料來(lái)源廣，價(jià)格便宜。制得的復(fù)合
材料成品密度小、材料內(nèi)部無(wú)微裂紋，機(jī)械強(qiáng)度好，熱導(dǎo)率高。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
將平均粒徑為50微米天然鱗片石墨粉末、經(jīng)硝酸純化的多壁碳納米管和納 米碳纖維、平均粒徑為100納米SiC、平均粒徑為80納米A1N和平均粒徑為50 納米Si粉末按照重量百分比70 : 8 : 8 : 2 : 4 : 3混合，其余5%為甲基纖維素?；?合是在轉(zhuǎn)速10000轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌器中進(jìn)行，混合的同時(shí)加入質(zhì)量濃度為10%甲 基纖維素水溶液，混合攪拌l小時(shí)；120。C烘干，壓制成形，在真空中300'C、 30MPa壓力下熱壓成型，得到輕質(zhì)高導(dǎo)熱復(fù)合材料。室溫下測(cè)量其沿?zé)釅悍较?導(dǎo)熱率為7.1W/m.K，垂直熱壓方向?qū)崧蕿?90W/m-K。 實(shí)施例2熱解石墨粉末、硝酸純化后單壁碳納米管和納米碳纖維，SiC、 A1N、 Si粉 末按照重量百分比70 : 10 : 10 : 2 : 3 : 1混合，其余4%為甲基纖維素?；旌鲜窃?轉(zhuǎn)速11000轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌器中進(jìn)行，混合的同時(shí)加入質(zhì)量濃度為5%甲基纖維素 水溶液，，混合攪拌l小時(shí)；100。C烘干，分散，將粉末鋼模壓制成形，在氬氣 氛中300度30MPa壓力下熱等靜壓成型，得到輕質(zhì)高導(dǎo)熱復(fù)合材料。室溫下測(cè) 量其沿?zé)釅悍较驅(qū)崧蕿?.5W/m《，垂直熱壓方向?qū)崧蕿?11 W/m-K。 實(shí)施例3
膨脹石墨粉末、硝酸純化后多壁碳納米管和納米碳纖維，SiC、 A1N、 Si粉 末按照重量百分比75 : 2 : 2 : 3 : 10 : 3的重量比混合，其余5%為聚丙烯酰胺。 混合是在轉(zhuǎn)速10000轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌器中進(jìn)行，混合的同時(shí)加入質(zhì)量濃度為8% 的聚丙烯酰胺水溶液，混合攪拌2小時(shí)；130。C烘干，分散，將粉末鋼模壓制成 形，在真空600度50MPa壓力下超高壓燒結(jié)成型，得到輕質(zhì)高導(dǎo)熱復(fù)合材料。 室溫下測(cè)量其沿?zé)釅悍较驅(qū)崧蕿?.0W/m.K，垂直熱壓方向?qū)崧蕿?68 W/m.K。
權(quán)利要求
1.一種輕質(zhì)高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于它含有重量百分比含量為50％～95％的石墨粉，1～45％的導(dǎo)熱納米材料，高分子粘結(jié)劑4～5％，上述組分之和為100％，所說(shuō)的導(dǎo)熱納米材料是碳納米管、納米碳纖維、SiC、AlN和Si中的一種或幾種混合。
2. 按權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征是石墨粉的粒徑為0.1 100微米。
3. 按權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征是所說(shuō)的SiC、 A1N和 Si是粒徑分別在10~500納米的粉末。
4. 按權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于所說(shuō)的石墨粉是天 然鱗片石墨粉或人造石墨粉，其中，人造石墨為石墨纖維、熱解石墨、酸化石 墨、膨脹石墨、柔性石墨和多孔石墨中的一種或幾種。
5. 按權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于所說(shuō)的碳納米管是 單壁碳納米管和多壁碳納米管中的一種或混合物。
6. 按權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法，其特征是步驟如下按權(quán)利要求1所說(shuō)的重量百分比含量稱(chēng)取石墨粉和導(dǎo)熱納米材料置于密閉 容器中混合，混合的同時(shí)加入高分子粘結(jié)劑，混合0.5 24小時(shí)后，烘干，制成 坯體，然后在真空或者在氬氣、氫氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下，于200°C以上，大于 8MPa壓力下熱固成型。
7. 按權(quán)利要求6所述的輕質(zhì)高導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法，其特征是導(dǎo)熱納米 材料的碳納米管為經(jīng)過(guò)純化的碳納米管，納米碳纖維為經(jīng)過(guò)純化的納米碳纖維； 純化方法如下將碳納米管或納米碳纖維加入到硝酸、硫酸、鹽酸溶液或它們 的混合溶液中，超聲波振蕩處理0.2-24小時(shí)，過(guò)濾、用水反復(fù)沖洗至中性，烘 干。
8. 按權(quán)利要求6所述的輕質(zhì)高導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法，其特征是所說(shuō)的高 分子粘結(jié)劑是甲基纖維素、羥已基纖維素、羧甲基纖維素、聚丙烯酰胺、聚乙 烯醇和聚乙烯亞胺中的一種或混合物。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)的輕質(zhì)高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于它含有重量百分比含量為50％～95％的石墨粉，1～45％的導(dǎo)熱納米材料，高分子粘結(jié)劑4～5％，上述組分之和為100％。制備步驟如下按重量百分比含量稱(chēng)取石墨粉和導(dǎo)熱納米材料置于密閉容器中混合，混合的同時(shí)加入高分子粘結(jié)劑，混合0.5～24小時(shí)后，烘干，制成坯體，然后在真空或者在氬氣、氫氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下，于200℃以上，大于8MPa壓力下熱固成型。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短。原料來(lái)源廣，價(jià)格便宜。制得的復(fù)合材料成品密度小、材料內(nèi)部無(wú)微裂紋，機(jī)械強(qiáng)度好，熱導(dǎo)率高。
文檔編號(hào)C09K5/00GK101550330SQ200910098619
公開(kāi)日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2009年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月18日
發(fā)明者丹 史, 安全福, 張孝彬, 程繼鵬 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)