[发明专利]一种石墨-金属复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨‑金属复合材料及其制备方法。该复合材料由从上到下依次包括：上面层金属片、中间夹层和下面层金属片，各层之间经热压烧结工艺一体成型；其中，中间夹层由金属网以及交替填充在金属网中的石墨粉体层和金属粉层共同形成；金属片和金属粉为同种金属材质。本发明所述的石墨‑金属复合材料所述具有高的热导率、高强度以及良好的加工能力，制备方法简单快速、成本低、强度高且适宜大规模推广。

技术领域

本发明属于金属基复合材料领域，具体地涉及一种石墨-金属复合材料的制备方法。

背景技术

随着在电子技术行业的快速发展，器件单位面积散发的热量越来越多，对热管理材料的性能提出了更为严格的要求。电子封装材料的开发作为重要一环，要求材料具有高热导率，低膨胀系数、轻质、成本低的特点。然而传统的Al/SiC复合材料、Cu/W复合材料以及Cu/Mo复合材料等特殊合金材料虽然热膨胀系数较低，但都经过特殊加工，牺牲了材料在热传导系数和热扩散系数方面的性能；金刚石以及金刚石复合材料虽然热导率高，但由于金刚石的超高硬度，难以加工。

石墨-金属复合材料由于具有热导率高、热膨胀系数小、热扩散系数高等特性，在热管理材料应用中受到越来越多的关注。石墨-金属复合材料的方法一般为：

(1)液态法：分为三种，气体压力渗透法、挤压铸造法以及无压渗透。一般是先通过热压、干压以及注射成型等方法来制备预制体，然后将预制件放入模子中，然后抽真空，将其加热到熔化状态后通入对液态金属进行加压(采用气体压力、液态压力或者重力、毛细管力等)，将液态金属渗透到预制件中。

(2)固态法：主要是粉末冶金法，其中包括热压烧结和热等静压等。即将粉末(包括石墨、金属等)在适当的条件下按一定比例混合后，进行压制成形，然后在真空或者通入惰性气体的保护下进行烧结。

在上述方法中，存在烧结温度高，治具要求高的问题，更重要的是，金属都是以粉体的形式存在加上石墨是不均匀层状分布,无法灵活的定向的控制石墨粉末的掺杂位置、掺杂量，而制备的石墨-金属复合材料加工性能不佳，导致制得的石墨-金属复合材料在加工成产品的过程中难度很大，成品率低；尤其是当产品具有复杂情况时，制备时间长、加工困难。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种在石墨-金属复合材料的制备方法，其目的在于通过添加蜂窝金属结构增加了强度，然后通过每层添加的石墨层，从而增加了定向导热性。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种石墨-金属复合材料，由从上到下依次包括：上面层金属片、中间夹层和下面层金属片，各层之间经热压烧结工艺一体成型；其中，中间夹层由金属网以及交替填充在金属网中的石墨粉体层和金属粉层共同形成；金属片和金属粉为同种金属材质，优选铝。

本发明还提供一种上述石墨-金属复合材料的制备方法，主要步骤如下：

(1)选取金属片1，平放，备用；

(2)将金属网安放在金属片1上，在金属网的网格中均匀铺设一层金属粉，再均匀铺设一层石墨粉体，如此交替铺设金属粉和石墨粉体，将金属网的网格填满；此时，金属网以及填充其中的石墨粉体层和金属粉层共同形成中间夹层；

(3)在步骤(2)所得中间夹层上安设金属片2，然后中间夹层连同金属片1、金属片2整体转移至热压炉中进行热压烧结，得到所述石墨-金属复合材料。

进一步地，中间夹层的厚度为0.5mm-500mm，优选2mm～200mm。其中，金属网可以为一个或者多个金属网竖直叠加而成，金属网的总高度即中间夹层的厚度。金属网为蜂窝结构或者格栅结构等，其中，蜂窝或者格栅的边长为3mm～20mm；形成蜂窝结构或者格栅结构的隔板厚度为0.035-0.1mm。