[发明专利]一种基于高石墨化沥青基碳纤维的热界面材料的制备方法及应用

说明书

本发明属于热界面材料技术领域，一种基于高石墨化沥青基碳纤维的热界面材料的制备方法及应用，其中制备方法，包括以下步骤：(1)将未上胶的石墨化沥青基碳纤维置于等离子体清洗机中进行处理，(2)将硼酸和尿素加入到去离子水中，搅拌，制得前驱体溶液，(3)将步骤1得到的碳纤维加入到前驱体溶液中超声浸渍，滤出、烘干，(4)将步骤3中得到的碳纤维材料进行热处理，制得氮化硼包覆碳纤维，(5)将步骤4制得氮化硼包覆碳纤维与硅胶前驱体混合，固化成型制得基于高石墨化沥青基碳纤维的热界面材料。本发明方法工艺简单，普适性强，解决了高石墨化碳纤维做填料造成热界面材料电阻率下降等问题。

技术领域

本发明涉及一种基于高石墨化沥青基碳纤维的热界面材料的制备方法及应用，属于热界面材料技术领域。

背景技术

随着第三代半导体技术迅速发展，电子设备向小型化，集约化，可穿戴方向快速发展。电子元件的集约化和安装体积的不断压缩使得功率密度迅速增加，功率增加导致的局部高温会进一步提高功率形成恶性循环，降低设备的可靠性。碳纤维是一种热导率超高的填料，为了保持热界面材料的高电阻率在碳纤维表面包覆绝缘涂层是一种常见的做法。碳纤维是一种热导率超高的填料，包覆氮化硼之后能够在保持热界面材料高热导率的同时维持其高绝缘性，保证了其在电路中的安全运行。为了与涂层结合紧密，需要对高石墨化沥青基碳纤维的高惰性表面进行表面修饰，常用的混酸氧化法会破坏材料整体结构，影响石墨晶体的导热性能，废酸的处理也是一个棘手的问题。等离子体处理是一种能够对材料表面进行有效的刻蚀和改性的有效手段。

专利200810222205.9公开了一种在纤维编制体上包覆六方氮化硼的方法，包括制备反应液，浸渍-干燥及热处理，制得氮化硼涂层。该方法没有对纤维进行表面活化，不适用于石墨化沥青基碳纤维。该方法热处理温度最高850℃，氮化硼的晶型会随着热处理温度的升高而变好，优选900-1200℃。

专利201611028877.7公开了一种表面有氮化硼涂层的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，包括碳纤维处理、浸渍液制备、碳纤维浸渍、预氧化及程序升温，制得氮化硼涂层。该方法针对表层较活泼的聚丙烯腈碳纤维，无表面活化处理过程，不适用于热导率更高的石墨化沥青基碳纤维。该方法使用乙醇作为溶剂制备浸渍液，限制了浸渍液浓度上限，影响了氮化硼厚度。

专利201810362753.5公开了一种炭材料表面六方氮化硼涂层的制备方法，包括炭纤维涂层去除及空气活化、前驱体制备、真空浸渍、及热处理，制得六方氮化硼涂层。该方法使用空气活化碳纤维，活化程度不易控制，浸渍过程复杂。

专利201410786687.6公开了一种PPT/PET/聚醚酯高分子复合材料的制备方法，其中涉及到纳米碳纤维的等离子体改性处理：真空度1-0.2mmHg、输入电压220V、气氛为O₂、处理时间1-3min，然后在空气中暴露5-25min，该方法没有提及等离子体发生功率。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种基于高石墨化沥青基碳纤维的热界面材料的制备方法及应用。该方法在高石墨化沥青基碳纤维表面成功制备出了绝缘高导热涂层，在保持了碳纤维形成的高导热骨架的前提下，增加了材料整体的电阻率，而且该方法成本低、工艺简单、对碳纤维结构影响小，有着较好的普适性。

为了实现上述发明目的，解决己有技术中存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种基于高石墨化沥青基碳纤维的热界面材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将1-3g未上胶的石墨化沥青基碳纤维置于等离子体清洗机中进行处理，功率控制在5-30W，气压控制在0-100Pa，温度控制在15-30℃，时间控制在400-1200s，使用氧气置换气氛1-3次，得到等离子体清洗机处理过的碳纤维；

步骤2、将硼酸和尿素按照1:1-5的质量比加入到80-100mL去离子水中配置成水溶液，在60-95℃下搅拌10-60min，制得前驱体溶液；