[发明专利]一种制备高导热石墨材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于一种制备石墨材料的方法，具体地说涉及一种快速制备高导热石墨材料的方法。

背景技术

高功率密度电子器件和高端电子工业器件等逐渐向小型化、结构紧凑化、高功率密度化发展，由此引发了散热问题对器件的工作稳定性和可靠性提出严峻的挑战，从而对其运行过程中产生的热量强化导出与放散提出了更高的要求。目前一般的散热材料所使用的散热片基材(如民用高端电子器件、LED用芯片材料、工业装置用换热器等)几乎都是铝合金，但铝并不是导热系数(237W/m.K)最高的金属材料。金和银的导热性能较好，但缺点就是价格太高；铜的导热系数(398W/m.K)次之，但铜除了价格也相对较高之外，且重量大、不耐腐蚀等；此外当铜一旦发生氧化，其导热性能和寿命将都会大大下降。

高导热石墨材料的研发成功为高功率电子器件散热问题的解决提供了最有效的途径。由于该类材料质量轻(仅为传统金属导热材料的1/2-1/5)，导热率高，耐腐蚀，热膨胀系数小，在前述需散热的器件上取代传统金属材料，不仅有利于电子器件的小型化微型化和高功率密度化，而且可以有效地减轻器件的重量，增加有效载荷；同时用于我国的高端电子器件设备，亦可高效散热、使用安全、寿命长(主要是其抗腐蚀和氧化能力强)。目前，高导热炭材料的研究热点主要分为两类：第一类是高导热碳纤维及C/C复合材料；第二类是高导热石墨材料。碳纤维及C/C复合材料的导热性能主要取决于纤维自身的导热性能，而目前我国高导热碳纤维的制备存在较大的困难；此外，C/C复合材料的制备工艺要经过树脂或沥青浸渍、炭化和石墨化多次循环，或者是高温化学气相沉积(CVI)，生产周期长，成本高，严重阻碍了其广泛使用(Model for prediction of matrixmicrostructure for carbon/carbon composites prepared by forcedflow-thermal gradient CVI.J.S.Lewis，Carbon，1997，35(1)：103-112)。另一类是高导热石墨材料，中国科学院山西煤炭化学研究所利用特殊的一次热压工艺已经制得导热系数为700W/m.K以上高导热石墨材料(Graphite blocks with high thermalconductivity derived from natural graphite flake.Zhanjun Liu，Carbon，2008，(3)46，414-421)，但该制备工艺不仅成本高，且所制备材料的尺寸有限，所以很难得到普遍应用。为了降低高导热石墨材料的制备成本，近年来，中科院山西煤化所通过向石墨基体材料中引入催化剂，并利用常规的制备工艺进行了高导热石墨材料的合成。与一般石墨材料相比，该掺杂石墨材料的导热系数有了一定的提高，达到250W/m.K(Selection of candidate doped graphite materials asplasma facing components for HT-7U device，Quangui Guo，Journalof nuclear materials，2003，313-316：144-148)。但是，该类材料的制备工艺需进行多次浸渍-炭化循环，所以不仅制备周期长，且最终石墨材料的导热性能的提升空间也受到限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备周期短，导热性能好的制备高导热石墨材料的方法。

本发明通过对原料的优选，即主要利用天然鳞片石墨为填料，煤沥青为粘结剂，通过简单的热模压工艺，快速制备高导热石墨材料的一种方法。

本发明的制备方法包括如下步骤：

以重量百分比组成天然鳞片石墨的含量为80-90％，煤沥青的含量为10-20％为原料，天然鳞片石墨升温到120-150℃后，将煤沥青熔化成液体后，加入天然鳞片石墨进行混捏0.5-2h，混捏完毕后，将混合原料放入温度为120-150℃的模具中，然后以200-600kg/cm²的压力进行压制成型并保压5-15min，待模具温度降至60-90℃时出模，然后将成型制品放入石墨化炉中加热到2300-2800℃，并在最高温度下恒温0.5-1h，自然冷却到50-100℃时出炉，得到高导热石墨材料。

如上所述的天然鳞片石墨的粒度为45-600μm，碳含量为95-99％；煤沥青软化点为80-120℃，残碳率为45-52wt％。

本发明的主要优点如下：