[发明专利]一种具有超高导热性能的退火态热解石墨的制备方法

说明书

本发明涉及热解炭材料领域，具体为一种具有超高导热性能的退火态热解石墨的制备方法。该方法包括以下步骤：(1)热解石墨的制备：采用化学气相沉积方法，利用中频感应炉通过控制温度、气体流量及反应时间等，在石墨基体上制备沉积态热解石墨材料；(2)热解石墨的高温高压热处理：将制备得到的沉积态热解石墨材料加工成所需要的尺寸，放在表面光滑的石墨模具中，经过高温高压热处理后，得到具有超高导热性能的退火态热解石墨，此方法制备的退火态热解石墨在ab方向热导率达到1600W/(m·k)以上。

技术领域

本发明涉及热解炭材料领域，具体为一种具有超高导热性能的退火态热解石墨的制备方法。

背景技术

随着我国航空航天技术的快速发展，电子设备的元器件集成度越来越高，其热耗及热流密度也成倍的增加，同时对材料的轻量化也提出苛刻的要求，传统的铝、铜、银等金属材料的导热性能和高密度已经无法满足其需求。与金属材料相比，高导热石墨材料具有质量轻，导热系数大等特点，其作为散热材料不仅可以满足器件的热传导性能，同时能有效减轻器件的重量，是近年来最具有发展潜力的一类散热材料。

具有超高导热性能的退火态热解石墨(APG，Annealed Pyrolytic Graphite)是热解石墨(PG，Pyrolytic Graphite)在一定的压力下经高温热处理而得到的一种新材料，该材料具有高度的各向异性，在ab向层面内的热导率达到1600W/(m·k)以上，是金属铜的四倍以上，而其密度仅为铜的四分之一左右(＜2.3g/cm³)。上世纪70年代美、加等国就开展退火态热解石墨的研制工作，80年代已将该材料及其复合材料成功应用于航空、航天等系统中，目前美国已经制备出热导率超过1700W/(m·k)的APG材料。

而国内也有不少关于高导热石墨材料的报道和专利，如：中国专利(公开号CN103011141A)，采用如聚酰亚胺薄膜在保护气氛下炭化，并经石墨化(2500～3000℃)处理而得到的高导热石墨薄膜，其热导率亦可达到1600W/(m·k)，但是其厚度只有0.0125mm～0.075mm，增大厚度热导率会显著下降，限制其在航空、航天领域的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有超高导热性能的退火态热解石墨的制备方法，以拓宽高导热石墨材料在航空、航天领域作为散热片的应用。

本发明的技术方案是：

一种具有超高导热性能的退火态热解石墨的制备方法，包括以下步骤：

(1)热解石墨的制备：

采用化学气相沉积工艺，以石墨作为沉积基体并置于感应炉中，打开真空泵将感应炉内空气排出，感应炉内真空度达到300Pa以下时，对感应炉通电升温；当温度达到设定的沉积温度时，按照比例同时通入载气和反应气体，反应时间为5分钟～40小时，制备得到沉积态热解石墨材料；

(2)热解石墨的高温高压热处理：

将制备得到的沉积态热解石墨材料加工成所需要的尺寸，放在表面光滑的石墨模具中，在施加压力和真空或保护气氛的条件下进行热处理，施加压力产生的压强为0.5～10MPa，在预定温度2800～3100℃下热处理0.5～20小时，然后随炉冷却至室温，得到具有超高导热性能的退火态热解石墨材料。

所述的具有超高导热性能的退火态热解石墨的制备方法，载气为氮气或氩气，反应气体为碳氢气体。

所述的具有超高导热性能的退火态热解石墨的制备方法，碳氢气体占载气和反应气体总流量的20％～40％，其余为载气。

所述的具有超高导热性能的退火态热解石墨的制备方法，沉积温度为1700℃～2100℃。

本发明的设计思想是：