[发明专利]一种轻质高导热碳/金属复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳/金属复合材料及其制备方法。

背景技术

随着复杂程度和功能以惊人的速度增加，微电子系统的功率在持续地增加，体积却不断减小。电子元件本身也是热源，处在整个设备温度的最高点，过高的温升往往是导致电子系统故障和失效的致命因素。为使电子系统(特别是敏感电路和元器件)能持续稳定地工作，对其进行有效可靠的散热显然十分重要因此，研究和开发高效率的电子散热材料和相关技术已刻不容缓。

石墨是碳元素的结晶体，具有比铜和银更大的热导率。沿石墨片层方向上的高导热[理论值为数kW/(mK)]特性和垂直于石墨片层方向的低导热[理论值为(6W/(mK))]特性与其特殊的层状结构有关。相比于上述金属基导热材料，碳材料的导热系数明显高，而且自身质轻、耐腐蚀、原料价廉，在散热材料开发方面具有更加优越的前途和市场。此外，我国石墨矿产资源丰富，分布面积广阔，地矿储量大。

这种新型复合材料具有密度小、强度大、耐高温、抗腐蚀、抗辐射、高导电、高导热、耐烧蚀、热膨胀系数小等优点。运用这种材料制作散热器，其导热率高，且生产工艺简单，产品性能稳定，能有效提高计算机的使用效率，延长汁算机的使用寿命。

发明内容

针对金属材料在散热领域中存在的不足，本发明的目的是提供一种轻质高导热碳/金属复合材料及其制备方法。

本发明的轻质高导热碳/金属复合材料，它的组分及其重量百分比含量为：

石墨粉     71％～96％；

Cu粉       0％～28％；

Al粉       0％～28％；

Ag粉       0％～28％；

高分子粘结剂3％-4％；上述Cu粉、Al粉和Ag粉的含量不同时为0，各组分之和为100％。

上述的石墨粉的粒径在0.1～100微米。所说的Cu粉、Al粉和Ag粉的粒径分别在0.5～500微米。

本发明中，所说的石墨粉可以是天然鳞片石墨或人造石墨，其中，人造石墨为石墨纤维、热解石墨、酸化石墨、膨胀石墨、柔性石墨和多孔石墨中的一种或几种。

轻质高导热碳/金属复合材料的制备方法，步骤如下：

按权利要求1所说的重量百分比含量称取石墨粉、Cu粉、Al粉和Ag粉，置于密闭容器中混合，混合的同时加入高分子粘结剂，混合0.5～24小时后，烘干，制成坯体，然后在真空或者在氩气、氢气或氮气保护气氛下，于200℃以上，大于8MPa压力下热固成型。

上述的高分子粘结剂可以是甲基纤维素、羟己基纤维素、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和聚乙烯亚胺中的一种或混合物。

本发明制备工艺简单，生产周期短。原料来源广，价格便宜。制得的复合材料成品密度小、材料内部无微裂纹，机械强度好，热导率高。

具体实施方式

实施例1.

精选天然鳞片石墨粉末、铜粉、铝粉和银粉按照重量百分比78∶6∶6∶7混合，其余3％为甲基纤维素。混合是在转速10000转/分钟的搅拌器中进行，混合的同时加入质量浓度为10％甲基纤维素水溶液，混合搅拌1小时；120℃烘干，分散，将粉末压制成坯体，在真空300度30MPa压力下热压成型，得到轻质高导热碳/金属复合材料。测量其沿热压方向导热率为9.5W/m·K，垂直热压方向导热率为249W/m·K。

实施例2.

热解石墨粉末和铜粉按照重量百分比71∶25混合，其余量4％为聚丙烯酰胺。混合是在转速11000转/分钟的搅拌器中进行，混合的同时加入质量浓度为5％聚丙烯酰胺水溶液，混合搅拌0.5小时；100℃烘干，分散，将粉末压制成坯体，在氩气氛中300度30MPa压力下热等静压成型，得到轻质高导热碳/金属复合材料。测量其沿热压方向导热率为8.8W/m·K，垂直热压方向导热率为236W/m·K。

实施例3.

膨胀石墨粉末、铜粉、铝粉按照重量百分比90∶3∶4混合，其余3％为聚乙烯醇。混合是在转速5000转/分钟的搅拌器中进行，混合的同时加入质量浓度为10％聚乙烯醇水溶液，混合搅拌2小时；130℃烘干，分散，将粉末压制成坯体，在真空600度50MPa压力下超高压烧结成型，得到轻质高导热碳/金属复合材料。测量其沿热压方向导热率为9.1W/m·K，垂直热压方向导热率为228W/m·K。