[发明专利]一种具有各向异性的石墨导热散热片的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及能够提供具有各向异性的石墨导热散热片的制造技术，具体地说是可以为电子类产品导热散热提供新的材料。 

背景技术

随着电子类产品的不断升级换代的加速和迷你，高集成以及高性能电子设备的日益增长，工作组件体积尺寸越来越小，工作的速度和效率越来越高，发热量越来越大。目前，公知的金属类导热散热组件已经受到其材料与自身导热散热极限的限制，必须采用先进的导热散热工艺和性能优异的导热散热材料来有效地带走热量，保证其电子类产品的有效工作，石墨导热散热材料，因特有的低密度(相对于金属类)和高导热散热系数及低热阻成为现代电子类产品解决导热散热技术的首选材料。 

石墨晶体属六方晶体系，具有典型层状结构。每一层中的碳原子六方环状排列，每一原子为相邻的三个原子所围绕，其间距为1.42×10^-7cm。而层与层这间的距离为3.4×10^-7cm。层内具有共价键一金属键，而层间为分子键。这些碳原子的六角形排列层面基本上是扁平的且定向的或有序的，基本上彼此平行且等距离。碳原子的基本扁平、平行等距的板或层通常称为石墨层或基面，其连接或键合在一起，并且其多组以晶体排列。非常有序的石墨由相当尺寸的晶体构成：晶体彼此高度排列或定向并且具有排序完好的碳层。高度有序的石墨具有高度的优选晶体定向，决定了石墨具有各向异性结构，因此显示出或具有各向异性的许多性质，如导热性和导电性以及流体扩散性。可以将石墨表征为碳的叠层结构，即，由通过微弱范德华力连接在一起的碳原子重叠层或叠层构成的结构。在考虑石墨结构时，通常对两个轴或方向进行标记，即“c”轴或方向 和“a”轴或方向。可以将“c”轴或方向看作垂直于碳层的方向。可以将“a”轴或方向看作平行于碳层的方向或垂直于“c”方向的方向，适于制造具有各向异性的柔性石墨。 

现在石墨化学处理中，比较经济和普遍采用的酸溶液是8～98％的浓硫酸(含纯H₂SO₄至少为90％)和92～2％浓硝酸(含纯HNO₃至少为60％)的混合液(重量比)。酸处理的温度可以从室温到120℃，处理时间至少应在1分钟以上，以便使酸能充分氧化侵蚀石墨颗粒，使石墨层间受到充分的侵蚀。 

经过氧化侵蚀后的石墨，还要经过水洗。水洗的作用首先是除去对人体有害的多余的酸，以便下一步安全地进行高温膨胀处理。另外，经过水洗，少量的水分子渗入石墨的晶体层面之间，与原先侵入到晶体层面间的氧化剂(即膨胀剂)相结合，在其后的高温热膨胀处理时，它产生较高的蒸汽压促使石墨晶体在c轴方向上发生高度膨胀，因而，这部分水分可以起到附加膨胀剂的作用。 

中华人民共和国国家知识产权局2004年3月10日公开了公开号为CN1480394A的发明专利申请公开说明书，其背景技术中公开了如下技术方案“通常，膨胀石墨片是将天然石墨、热解石墨、初生石墨等用硫酸、硝酸等的混合溶液进行处理，水洗、干燥后，用膨胀炉在约1000℃下进行膨胀化处理，通过对其进行压延使之成片。” 

该内容仅仅披露了传统的膨胀石墨的方法，但是由于最终产品杂质较多，只能适用于常规的散热产品或密封产品。 

中华人民共和国专利局于1986年10月29日公开了名称为可膨胀石墨及其制造方法的发明专利，该发明涉及具有稳定的高膨胀倍数的可膨胀石墨。以及制造这种石墨的工艺方法。属于石墨的化学处理。 

该专利的说明书披露了几种背景技术，其一，本发明作出以前，膨胀石墨材料的制造工艺方法如《电碳》1981年第1期，将纯度为97％以上，粒度50目以上的鳞片石墨放入按一定比例配制好的硝酸和硫酸混合液中。在室温至 1 05℃的温度下，酸化处理1分钟以上。最好为3-4小时，然后滤除酸液，经过水洗后在1 05士5℃温度下烘干.”经这种酸化处理过的石墨则是可膨胀石墨。”它再经800-1000℃的高温瞬间加热。 

其二，另有如美国专利说明书4146401号所披露的，“石墨粒浸在硝酸和硫酸的混合液中，将酸浸泡过的石墨粒用PH值金4-7的水清洗，再将浸润的石墨粒放入每公斤含有0.05-1.0克分子浓度的磷酸或磷酸盐水溶液或者最好是磷酸铝水溶液里浸泡0.5至10小时。其后石墨粒再次水洗，经800℃高温，就可膨胀到原石墨粒尺寸的60倍。 

酸化后的石墨粒水洗后经过105℃的温度烘干，它的膨胀倍数会明显下降，因而使膨胀石墨的自粘性和压缩性降低。