[发明专利]一种垂直定向散热用的石墨鳞片/铜复合材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种垂直定向散热用的石墨鳞片/铜复合材料及其制备方法。本发明的复合材料由高度定向排列的石墨鳞片增强体与基体铜混合而成。本发明的制备方法包括在石墨鳞片表面的铜层镀覆、铜粉球磨片状化、预成形坯的形成以及加压烧结定形等步骤。本发明的产品垂直于鳞片片状方向上有较低且可调的热膨胀系数，热膨胀系数在4‑10×10‑6K‑1，可有效避免对同平面的其它器件造成影响；定向导热性好平行于鳞片片状方向热导率高，垂直于鳞片片状方向热导率低于50W·m‑1·K‑1。此外，本发明的产品易于切削加工，可制成复杂形状以满足热流散失线路的设计，且采用的原料成本相对较低，适合大规模工业化生产。

主权项

一种垂直定向散热用的石墨鳞片/铜复合材料，其特征在于，由石墨鳞片增强体与基体铜混合而成，石墨在基体中高度定向排列，90%以上的石墨其片状平面的法向量与压制压力方向的夹角小于15°；复合材料呈各向异性；其制备方法，包括如下步骤： (1) 采用化学镀铜工艺在石墨鳞片表面镀覆金属铜层，包括除油、粗化、敏化、活化、化学镀，所述的化学镀，采用镀铜液，镀铜工艺条件：镀液pH为 12.0~13、 镀覆温度40~50℃、施镀时间5~30分钟；(2) 使用行星式球磨机对铜粉进行球磨片状化，所选铜粉尺寸在20~150μm之间，根据使用石墨鳞片大小进行调整，球磨机转速为100~400转/分钟，球磨时间1~9小时，最终得到与石墨鳞片形状相近的片状铜粉； (3) 预成形坯的制备；选择石墨鳞片及与其形状相近的片状铜粉，然后与成形剂在60~80℃下充分混合均匀，得到混合喂料；将混合喂料放入单向模具中进行压制，压制压力为2~15MPa，压制过程中对模具进行加热，并反复压制，以进一步提高鳞片定向水平，随后，对压制坯进行热脱脂，得到预成形坯；脱脂工艺为：氩气气氛下以5~10℃/min的升温速率升至400~500℃，其中在200~250℃、300~350℃、450~500℃分别保温15~25min、25~35min、5~15min；(4) 最后将预成形坯依次层叠，置于石墨模具内，采用真空热压法或放电等离子体法对预成形坯进行单向加压并烧结致密，得到垂直定向散热用的石墨鳞片/铜复合材料。