[发明专利]一种天然鳞片石墨基高导热石墨泡沫材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种天然鳞片石墨基高导热石墨泡沫材料及其制备方法。首先将天然鳞片石墨与模板剂氯化钠按质量比1:2混合，向其中加入粘结剂酚醛树脂，比例为氯化钠质量的20‑50wt％。将混合料用陶瓷研钵研磨至均匀无大颗粒。将研磨料倒入模具中，使用粉末压片机以进行模压成型。将成型的材料放进烘箱中固化，固化温度120℃，时间2h。固化结束后取出，冷却至室温。然后水洗去除模板，烘干后埋入盛有焦炭的坩埚中，放入箱式炉中进行碳化，碳化升温速率10℃/min，升温到1000℃，保温时间2h，之后自然冷却至室温，得到石墨泡沫材料样品。该材料具有密度低、比表面积大、热扩散系数大、比强度高、成本低等优点。

技术领域

本发明涉及石墨材料应用和传热材料技术领域，具体涉及一种天然鳞片石墨基高导热石墨泡沫材料及其制备方法，由此法生产石墨泡沫材料工艺简单、成本低廉，且具备较高的热扩散系数、较低的密度和很好的耐热性能，适用于电子器件、相变储能、航空航天散热器等热管理方向的应用。

背景技术

石墨泡沫材料是一种具有三维网状结构的新型轻质多孔材料，由于其具有比表面积大、气孔率高、线胀系数低及抗压性良好等特点，在热控材料、双电层电容器、催化剂载体、石油化工、高温隔热和航空航天等领域中均有广泛的应用前景。

石墨特殊的结构决定其同时拥有原子晶体、分子晶体与金属晶体的性质，例如石墨的导电导热性优于一般的金属材料；石墨的熔点为3850±50℃，沸点为4250℃，具有非常优异的耐热性；石墨具有抗热震性，在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏，温度突变时，石墨的体积变化不大，不会产生裂纹。石墨的密度低(2.25g/cm³)，可用来制造轻质高导热泡沫材料，来满足热管理领域对高导热材料的迫切需求。天然鳞片石墨的石墨晶体呈鳞片状，浮选较为容易，成本低且易得，此外还具有较高的热导率和热稳定性，是理想的制备石墨泡沫的材料。

酚醛树脂分为热塑性酚醛树脂和热固性酚醛树脂。酚醛树脂一个重要的应用就是粘接剂，与无机材料混合固化后可得到机械性能较好的材料。氯化钠作为常见的化学品，其作用已经被大众所熟知，廉价且易得的特性，可以使其作为廉价的模板剂来使用。

模板法按模板剂的不同可分为有机模板法和无机模板法。2010年，Abhay Yadav等以煤焦油基中间相沥青为原料，聚氨酯泡沫为模板，应用模板法，通过将不同浓度的中间相沥青前体材料的水浆浸渍到合适的PPI的PU泡沫模板中，制备导热率高达60W/(m·K)的高导热碳泡沫(ρ＝0.23-8g/cc)，然后进行各种热处理涉及氧化稳定化，碳化和石墨化。SEM图像显示石墨化碳泡沫具有优异的孔结构，并且在XRD图案中存在尖峰26.28，d₀₀₂＝0.3388nm，表明泡沫是石墨化的。抗压强度在3.0MPa范围内，与通过发泡技术制备的那些相似。该研究中的石墨化泡沫的导热系数高达60W/(m·K)，非特异性导热系数高于铜的两倍，这是热管理的行业标准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天然鳞片石墨基高导热石墨泡沫材料及制备方法，具体是一种成本低、热扩散系数大、比强度高的以热固性酚醛树脂为粘结剂，氯化钠为模板剂的石墨泡沫材料的制备方法。

其中制备石墨泡沫材料所用的石墨是200目天然鳞片石墨。

其中制备石墨泡沫材料所用的粘结剂是液态的热固性酚醛树脂。

其中制备石墨泡沫材料所用的模板剂是氯化钠。

本发明一种天然鳞片石墨基高导热石墨泡沫材料及其制备方法，其优点及功效在于该材料密度低、比强度高、热扩散系数大、比表面积大和成本低。

附图说明

图1为本发明实施例4提供的石墨泡沫材料外观照片。

图2为本发明实施例4提供的石墨泡沫材料SEM照片。