[发明专利]一种低温CVD法制备高热导率碳材料的方法

说明书

本发明涉及一种低温CVD法制备高热导率碳材料的方法，以二氧化硅纤维为沉积衬底，在其表面低温(1000℃～1300℃)CVD制备热解碳，其次用氢氟酸将二氧化硅纤维刻蚀掉，再将刻蚀好的热解碳作为预制体进行第二次热解碳沉积，最后在石墨化炉中对其进行高温石墨化处理。本发明将传统CVD热解石墨的制备温度由1800℃以上降低至1200℃以下，有效降低沉积温度，所制备样件密度为1.85g/cm³，低于传统的热解石墨(2.15～2.20g/cm³)，热导率高达503W/(m·℃)，亦高于传统CVD热解石墨的350～400W/(m·℃)。

技术领域

本发明属于碳材料的技术领域，涉及一种低温CVD法制备高热导率碳材料的方法。

背景技术

航空航天、微电子及通讯技术的快速发展对热管理材料提出了更高的要求，传统的金属导热材料，如铝、铜、银等，由于存在密度较大、易氧化、比热导率(热导率和体积密度之比)较低、热膨胀系(Coefficient of Thermal Expansion，CTE)较高等局限性，已经很难满足当前微电子领域电子器件日益增长的散热需求。化学气相沉积(Chemical VaporDeposition，CVD)碳材料/热解石墨因具有低体积密度(2.15～2.20g/cm³)，高热导率，而迅速发展成为一类最具前景的导热材料，被广泛应用于能源、计算、通讯、电子、激光和空间科学等高科技领域。

然而根据文献“炭素材料.北京：冶金工业出版社，2004：318-325”，CVD热解石墨的沉积温度通常在1800℃以上，热导率约为350～400W/(m·℃)，此工艺存在沉积温度高、对设备投资大、制备成本高等缺陷，且热高率还有提升的空间。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种低温CVD法制备高热导率碳材料的方法。

技术方案

一种低温CVD法制备高热导率碳材料的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：用无水乙醇超声清洗二氧化硅纤维束，除去杂质，并烘干；

步骤2：采用等温化学气相沉积工艺，将二氧化硅纤维束置于石墨模具中,一并放入等温化学气相沉积炉中；将沉积炉抽真空，然后在惰性气体的保护下由室温升至1000℃～1300℃，通入无水乙醇作为碳氢气源前驱体，炉内压力控制在0.5～20.0KPa，惰性气体流量为50～300mL/min，沉积结束后，关闭无水乙醇前驱体气阀与电源开关，在惰性气体的保护下逐渐降至室温，取沉积后的二氧化硅纤维束；

步骤3：将沉积后的二氧化硅纤维束打磨后，再置于氢氟酸水溶液中进行超声处理，再清洗后烘干；

步骤4：重复步骤2进行第二次等温化学气相沉积，沉积结束得到热解碳块体；

步骤5：将热解碳块体置于石墨化炉中，以2℃/min的升温速率升温至2200℃～3100℃并进行保温，而后关闭电源，自然冷却，整个石墨化过程中一直通入惰性气体，得到高热导率碳材料。

所述步骤3的清洗采用超声清洗。

有益效果

本发明提出的一种低温CVD法制备高热导率碳材料的方法，以二氧化硅纤维为沉积衬底，在其表面低温(1000℃～1300℃)CVD制备热解碳，其次用氢氟酸将二氧化硅纤维刻蚀掉，再将刻蚀好的热解碳作为预制体进行第二次热解碳沉积，最后在石墨化炉中对其进行高温石墨化处理，即制得热导率高达503W/(m·℃)的碳材料。