[发明专利]一种高性能石墨膜铜基复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种高性能石墨膜铜基复合材料的制备方法，属于金属‑石墨复合材料制备技术领域，解决石墨膜铜基复合材料中石墨膜和铜基体间结合性差的技术问题，所述复合材料是由石墨膜、合金粉末粘结层与铜基体为单元组成的石墨膜铜基复合材料。本发明制备方法依次包括以下步骤：石墨膜和铜基体的预处理、合金粉末的制备、合金粉末溶液的配置、层铺法制备预制体、预制体真空热压烧结，最终制备出高性能的石墨膜铜基复合材料。本发明便于制备，石墨和铜金属层结合力强，热导率高，密度低，是很有前景的新型热管理材料。

技术领域

本发明属于金属-石墨复合材料制备技术领域，具体涉及一种高性能石墨膜铜基复合材料的制备方法。

背景技术

随着电子设备不断向小型化、集成化和高效化发展，导致工作过程中能量密度不断增大，这就对热管理材料的导热性能和机械性能均提出了更高的要求。

石墨膜因其超高的导热系数和良好的比热容，其面内热导率可达1200-1800W/mk，已经成功商业化并应用于手机和电脑的散热。由于高导热的石墨膜力学性能较差，极大限制了石墨膜材料的应用范围，因此将高导热石墨膜和铜金属制成复合材料，是一种很有前途的高效热管理材料，然而石墨和铜的浸润性较差，而石墨膜和铜金属膜的结合性会更差，所以亟待解决制备石墨膜铜基复合材料的方法，使石墨膜能够广泛应用在高效热管理材料领域。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，解决石墨膜金属复合材料中石墨膜和金属膜的结合性差的技术问题，本发明提供一种高性能石墨膜铜基复合材料的制备方法。

本发明的设计构思为：一方面，铜钛、铜铬合金和石墨的浸润角较低，结合性能好；另一方面铜钛、铜铬合金与铜基材的结合性能也较好。所以本发明采用铜钛合金或铜铬合金作为石墨膜和铜基体间的高温粘结剂，能较好的解决石墨膜和铜基材不浸润以及结合力较差的问题。

本发明通过以下技术方案予以实现。

一种高性能石墨膜铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、预处理：将石墨膜放置在丙酮溶液中浸泡10~30min，然后取出石墨膜，将石墨膜在酒精中超声波清洗1~10min，并将铜基材放置在酒精中超声波清洗5~20min，最后取出超声波清洗后的石墨膜与铜基材放置于烘箱中，在50~80℃下烘干备用；

S2、合金粉末的制备：将铜粉与钛粉或者铜粉与铬粉按质量比为50:1~5:1称取原料，将原料粉末放置在球磨机中球磨，球磨条件为：氩气保护，球料比：50:1~10:1，球磨时间：60min~1200min，每隔10min反转一次，球磨后的合金粉末留待后步使用；

S3、合金粉末溶液的配制：将步骤S2制得的合金粉末和酒精按照质量比为1:1~1:5称取原料，将合金粉末与酒精搅拌均匀配制成合金粉末溶液留待后步使用；

S4、层铺法制备预制体：

Ⅰ、在第一层石墨膜表面刷涂步骤S3制备的第一层合金粉末溶液，然后在第一层合金粉末溶液上方放置与第一层石墨膜等面积的第一层铜基材，然后在第一层铜基材的上表面再刷涂第二层合金粉末溶液，确保第二层合金粉末溶液在第一层铜基材的表面均匀涂布；

Ⅱ、在第二层合金粉末溶液的表面再放置第二层石墨膜，重复步骤Ⅰ操作，直至石墨膜、合金粉末溶液与铜基材叠加到目标厚度为止；

Ⅲ、将步骤Ⅱ制备的预制体放置在烘箱中在50~80℃下烘干2~10h，确保酒精完全挥发，制得预制体；

S5、将步骤S4烘干后的预制体放置在真空热压炉中进行真空热压烧结，制得高性能石墨膜铜基复合材料。

进一步地，所述的石墨膜为人工合成石墨膜，其厚度为15~100μm，面内热导率为400~1500W/mk。

进一步地，铜基材的材质为铜及其合金，铜基材的形态为箔或板。