[发明专利]一种石墨-钛复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种石墨‑钛复合材料及其制备方法和应用。所述石墨‑钛复合材料包括碳钛复合层和钛基金属层；所述碳钛复合层包含由石墨、石墨与钛之间形成的碳化钛层；所述钛基金属层形成钛基金属强化带，所述碳钛复合层形成高导热石墨聚集带。该石墨‑钛复合材料热导率高、热膨胀系数可控、抗弯强度高。该石墨‑钛复合材料在导热材料中具有广阔的应用前景。本发明的制备方法简单、可控，可进行规模化生产。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，特别是涉及一种石墨-钛复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

微电子产业逐渐向小型化、集成化发展，功率器件的单位热密度越来越高，导热材料的散热效果显得尤为重要。鳞片石墨具有热导率高、低热膨胀系数、低密度、易加工等优点，将石墨与金属复合制备导热材料在热工管理方面受到越来越多的关注。T.Hutsch等人采用放电等离子烧结的方法制备了以钨、铁、铝、铜为基体的片层石墨导热材料，呈现较为优异的导热性能。其中体积分数为60％的片层石墨增强铜复合材料的热导率达到550W/mK。许尧等人采用真空热压烧结制备不同体积分数的片层石墨/铜复合材料，当石墨含量在40％以内时，其热导率最高，达到375W/mK。高含量的石墨对复合材料热导有利，然后复合材料的强度急剧下降。薛晨等人采用石墨粉体表面镀层技术，提高了石墨粉体的强度和界面结合，复合材料的热导率超过500W/mK，抗弯强度超过90MPa。尽管如此，平面方向上金属基体低的热导率以及金属-石墨大量界面热阻抑制了材料平面方向的热传导。高导热石墨纸具有1100-1600W/mK的平面热导，常用于移动电子产品散热。Huang等人将石墨纸与铝箔沿纵向堆叠，压制成石墨-铝复合材料，热导率最高能到940W/mK。然而，采用高导热金属，铝和铜，其与石墨纸的润湿性较差，层与层之间无法有效粘接，这会大大降低复合材料的强度以及增大复合材料的热膨胀系数，从而降低使用的可靠性。

发明内容

本发明的一方面提供了一种石墨-钛复合材料，该石墨-钛复合材料弯强度高的优点。

所述石墨-钛复合材料包括碳钛复合层和钛基金属层；

所述碳钛复合层包含由石墨、石墨与钛之间形成的碳化钛层；

所述钛基金属层形成钛基金属强化带，所述碳钛复合层形成高导热石墨聚集带。

在优选的实施方式中，所述钛基金属强化带和所述高导热石墨聚集带在同一方向或者平行方向伸展。

本领域技术人员，可根据实际需要选择碳钛复合层和钛基金属层的比例。可选地，在所述石墨-钛复合材料中，所述碳钛复合层的质量分数为40％～70％，所述钛基金属层的质量分数为30％～60％。

可选地，所述碳钛复合层中碳化钛层的厚度为50nm～2μm。

可选地，所述石墨的粒径为10～1000μm。

可选地，所述石墨的厚度为10～50μm。

可选地，所述石墨-钛复合材料沿石墨层面方向的热导率为300W/m·K～600W/m·K。

优选地，所述石墨-钛复合材料沿石墨层面方向的热导率为400W/m·K～650W/m·K。

进一步优选地，所述石墨-钛复合材料沿石墨层面方向的热导率为420W/m·K～625W/m·K；

可选地，所述石墨-钛复合材料沿石墨层面方向的热膨胀系数为1ppm/K～9ppm/K。

优选地，所述石墨-钛复合材料沿石墨层面方向的热膨胀系数为2.1ppm/K～3.5ppm/K。

可选地，所述石墨-钛复合材料沿石墨层面方向的的抗弯强度100MPa～400MPa。

优选地，所述石墨-钛复合材料沿石墨层面方向的抗弯强度152MPa～265MPa。