[发明专利]一种石墨片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于石墨材料技术领域，具体涉及一种石墨片及其制备方法。

背景技术

高端电子工业器件的发展趋向小型化、结构紧凑化以及高功率密度化，而高端电子工业器件的散热性能与器件的工作稳定性和可靠性息息相关，成为制约其发展的重要因素。解决高端电子工业器件的散热问题，除了良好的散热设计外，迫切需要质量轻、导热率高的散热材料。传统的金属(铝、铜)散热件由于其本身密度较大、热膨胀系数较高、材料不纯导致其导热率会大幅下降。

高导热石墨材料成为解决高功率电子器件散热问题的有效途径。高导热石墨材料质量轻(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，可实现高效散热，使用安全、寿命长。常用作电子工业领域导热、散热的石墨结构材料有石墨片、膨胀石墨膜(又称天然石墨膜)和人造石墨膜。

大功率LED灯具可采用石墨片取代以往的导热硅胶、高导热硅脂充当导热垫片使用，这种导热材料的替换可增大其综合散热能力，同时减小大功率LED灯具的整体尺寸和重量。但当前工业中常用的石墨片通常是以天然鳞片石墨为原料，通过酸化处理进行插层化学反应，再经水洗、干燥和高温膨胀获得高倍膨化石墨蠕虫，然后经过压延、压制工艺制得。

公开号为CN102244153A的专利文献提供了一种石墨散热片的制备方法，该方法是将石墨粉经强酸处理，与金属粉复合,然后经高温膨化制得。公开号为CN10191751A的专利文献提供了一种厚度为0.05-0.5mm的散热石墨片，制备工艺为石墨粉经酸化或高温提纯处理，再经膨化，最后跟氮化硼、碳黑或铜粉进行复配，制备得到石墨片卷材。上述专利文献提供的石墨散热片实质上均是对传统柔性石墨片改性所得，属于天然石墨片领域，上述工艺方法不但制作过程繁琐，过程中酸化处理及水洗工艺易产生大量的废水，同时产品质量跟原料纯度相关，不易制得理想的用于大功率器件散热的材料。

人造石墨膜，其厚度一般小于0.050mm，以其低密度，高导热的特点越来越多地应用到便携电子领域中。石墨膜突出优点是平面导热系数高，可至1600W/mK以上，然而由于石墨膜本身较薄且纵向导热能力不佳(一般为5-15W/mK)，在便携电子领域中通常应用于智能手机屏幕后方或是CPU上起到辅助散热的作用，而对于纵向散热有着突出需求如大功率LED灯具等则并不适用。现阶段有利用人工石墨膜叠加或改性来制备导热石墨片的方法，但仍存在厚度不可控以及纵向导热性能不佳等问题。如专利号为CN202652815U的专利文献是将若干人工石墨膜相互叠加，然后将胶膜包覆于石墨基层外部，这种叠加而成的人工石墨片由于人工石墨膜片层之间存在空隙，会影响其纵向导热效果。公开号为CN103770415A的专利文献公布了一种利用石墨改性剂改性人工石墨膜的方法，但该方法无法有效地增加人工石墨膜的厚度，纵向导热能力较差。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种石墨片及其制备方法，采用本发明所提供的制备方法制备得到的石墨片的厚度可控，具有较好的纵向导热能力。

本发明提供了一种石墨片的制备方法，包括以下步骤：

将叠层的有机聚合物薄膜热压成型，依次经过碳化和石墨化，得到石墨片。

优选的，所述有机聚合物薄膜选自聚酰亚胺薄膜或芳香族聚恶二唑类聚合物薄膜中的一种或两种。

优选的，所述有机聚合物薄膜为聚酰亚胺薄膜。

优选的，所述有机聚合物薄膜的单层厚度为35μm～75μm，所述叠层的有机聚合物薄膜的厚度为0.1mm～2.5mm。

优选的，所述热压成型的温度为400～700℃，所述热压成型的压力为8MPa～20MPa。

优选的，所述热压成型的温度的升温速率小于20℃/min。

优选的，所述碳化的温度为1000～1500℃。

优选的，所述碳化的升温速率小于2℃/min。

优选的，所述石墨化的温度为2600～2900℃。

本发明还提供了一种由上述制备方法制备得到的石墨片。

与现有技术相比，本发明提供了一种石墨片的制备方法，包括以下步骤：将有机聚合物薄膜叠层、热压成型、碳化、石墨化，得到石墨片。本发明所提供的石墨片的制备方法工艺简单，以有机聚合物薄膜作为原料，通过控制有机聚合物薄膜的层数，使得到的石墨片厚度可控；同时，结合热压成型、碳化、石墨化的步骤，可以增强石墨片的纵向导热能力。