[发明专利]一种聚酰亚胺基石墨-金属复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚酰亚胺基石墨‑金属复合材料，该复合材料含有20～95％体积的聚酰亚胺基石墨粉末和80～5％体积的金属粉末基质，该复合材料的相对密度为95％以上。本发明的聚酰亚胺基石墨‑金属复合材料能够制备成较大厚度的片材、板材和块体，具有更高的强度和可调的热膨胀率，且在厚度方向上具有更高的导热率。解决普通的石墨‑金属复合材料导热率低于600W/mK，而高导热聚酰亚胺基石墨膜的厚度又不能做大且厚度方向导热率过低的技术缺陷。

技术领域

本发明属于导热复合材料领域，尤其涉及一种聚酰亚胺基石墨-金属复合材料及其制备方法。

背景技术

随着微电子工业的飞速发展，电子器件和设备不断向大功率、高密度集成和微型化的方向发展，由此引发的发热问题对电子产品的使用性能、可靠性及寿命提出了严峻的挑战。用于电子产品热管控的材料不仅要求具有超高的导热率，还需要具有一定的热容量。热容量与材料的质量成正比，在面积一定的时候，增加厚度对提高导热材料的热容量意义重大。

近年来，采用聚酰亚胺(PI)薄膜为原材料制备的高导热聚酰亚胺基石墨(PIG)膜，在智能手机、笔记本电脑等电子设备中得到了广泛的应用，其平面导热率达到1500W/mk以上。然而受PI薄膜制备厚度的限制、以及PI膜越厚越难石墨化的影响，聚酰亚胺基高导热石墨膜的厚度均在100μm以下，普遍为25μm左右，不能满足日益轻薄化的电子产品对高热容量、高导热石墨材料的迫切需求。

石墨-金属复合材料，尤其是采用粉末冶金工艺制备的石墨-金属复合材料，由于具有热导率高、热膨胀系数小、强度高、可制备成任意形状和尺寸等特性，在热管控材料应用中一直备受关注。鳞片状石墨粉体经常用来作为石墨-金属复合材料的石墨材料，其导热率通常在400W/mK左右。高导热率、大尺寸的高品质鳞片状石墨粉体很难获得，而石墨-金属复合材料的性能很大程度上取决于石墨粉体的特性，鳞片状石墨-金属复合材料的导热性能一般小于600W/mK，导热性能有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种能同时满足高导热率和高热容量的聚酰亚胺基石墨-金属复合材料及其制备方法。解决普通的石墨-金属复合材料导热率低于600W/mK，而聚酰亚胺基高导热石墨膜因厚度限制而导致热容量较小的问题。

聚酰亚胺基高导热石墨膜破碎后可以形成大长径比和大尺寸的片状石墨粉体，其平面导热率可达到1500W/mk以上，采用粉末冶金工艺制备的聚酰亚胺基石墨-金属复合材料不受厚度的限制，既能继承聚酰亚胺基石墨膜的高导热性能，又可以增加厚度来提高热容量。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种聚酰亚胺基石墨-金属复合材料，所述复合材料含有20～95％体积的聚酰亚胺基石墨粉末和80～5％体积的金属粉末基质，所述复合材料的相对密度为95％以上。

本发明中的相对密度表示实际密度相对于由聚酰亚胺基石墨粉末和基质的体积百分比和真密度计算出的理想密度的比值，由下式计算出。

(相对密度)＝(实际的密度)/(理想密度)

(理想密度)＝(聚酰亚胺基石墨粉末的真密度)×(聚酰亚胺基石墨粉末的体积％)/100+(基质的真密度)×(基质的体积％)/100

相对密度为95％以上时，可以保证在复合材料中几乎不存在妨害热传导的空隙，并且使机械强度等特性提高。