一種導(dǎo)熱纖維增強的高導(dǎo)熱石墨散熱片及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種導(dǎo)熱纖維增強的高導(dǎo)熱石墨散熱片及制備方法，該石墨散熱片是由石墨粉：石墨纖維＝2～1000：1質(zhì)量份配比的混合原料，經(jīng)石墨膨脹爐高溫膨脹和石墨卷材雙輥設(shè)備壓制而成的片狀產(chǎn)品。該導(dǎo)熱纖維增強的高導(dǎo)熱石墨散熱片的制備方法克服了傳統(tǒng)制備工藝中存在的力學(xué)性能低、使用壽命短，易脫落等缺陷，其機械強度及純度大大提高，便于后續(xù)加工使用，具有重量輕、高強度、高導(dǎo)熱性能等優(yōu)點，擴大了石墨片的使用范圍。
【專利說明】一種導(dǎo)熱纖維增強的高導(dǎo)熱石墨散熱片及制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及石墨散熱片的制備方法，特別是涉及到一種導(dǎo)熱纖維增強的高導(dǎo)熱石 墨散熱片的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著微電子集成技術(shù)和高密度印制板組裝技術(shù)的迅速發(fā)展，組裝密度迅速提高， 電子元件、邏輯電路體積成千上萬倍地縮小，電子儀器及設(shè)備日益朝輕、薄、短、小方向發(fā) 展。在高頻工作頻率下，半導(dǎo)體工作熱環(huán)境向高溫方向迅速移動，此時，電子元器件產(chǎn)生的 熱量迅速積累、增加，在使用環(huán)境溫度下，要使電子元器件仍能高可靠性地正常工作，及時 散熱能力成為影響其使用壽命的關(guān)鍵限制因素。為保障元器件運行可靠性，需使用高可靠 性、高導(dǎo)熱性能等綜合性能優(yōu)異的材料，迅速、及時地將發(fā)熱元件積聚的熱量傳遞給散熱設(shè) 備，保障電子設(shè)備正常運行。
[0003] 目前所用的散熱材料基本都是鋁合金，但鋁的導(dǎo)熱系數(shù)并不是很高（237W/mK)，金 和銀的導(dǎo)熱性能較好，但是價格太高，銅的導(dǎo)熱系數(shù)次之（398W/mK)，但銅重量大，易氧化。 而石墨材料具有耐高溫、重量輕(僅為傳統(tǒng)金屬導(dǎo)熱材料的1/2-1/5)、熱導(dǎo)率高、化學(xué)穩(wěn)定 性強、熱膨脹系數(shù)小，取代傳統(tǒng)的金屬導(dǎo)熱材料，不僅有利于電子器件的小型化微型化和高 功率化，而且可以有效減輕器件的重量，增加有效載荷。傳統(tǒng)石墨散熱片加工方法僅僅采用 單一的石墨粉，或者采用炭黑、氮化硼、銅粉等與石墨粒子復(fù)配填充，這樣生產(chǎn)的石墨散熱 片由于直接暴露在電器原件環(huán)境中，在長時間的工作下容易使石墨粉塵脫落，并且強度小， 力學(xué)性能較差，難以滿足使用要求。純導(dǎo)熱石墨片的強度和機械性能遠(yuǎn)不如金屬，這給后續(xù) 加工帶來了困難。同時，由于石墨易碎的缺點，會在使用過程中帶來操作復(fù)雜、容易損壞等 問題。為此本發(fā)明提供了一種新的導(dǎo)熱纖維增強的高導(dǎo)熱石墨散熱片的制備方法，解決了 以上技術(shù)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的之一是提供一種重量輕、強度和導(dǎo)熱性能高的導(dǎo)熱纖維增強的高導(dǎo) 熱石墨散熱片；目的之二是提供該導(dǎo)熱纖維增強的高導(dǎo)熱石墨散熱片的制備方法，以制備 具有良好力學(xué)性能的高導(dǎo)熱石墨散熱片，滿足石墨散熱片后續(xù)加工的需要。 本發(fā)明的目的之一可通過如下技術(shù)措施之一來實現(xiàn)： 該導(dǎo)熱纖維增強的高導(dǎo)熱石墨散熱片是由石墨粉：石墨纖維=2?1000 :1質(zhì)量份配 比的混合原料，經(jīng)石墨膨脹爐高溫膨脹和石墨卷材雙輥設(shè)備壓制而成的片狀產(chǎn)品。
[0005] 本發(fā)明的目的之二可通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)： 目的之一的導(dǎo)熱纖維增強的高導(dǎo)熱石墨散熱片的制備方法，該制備方法按如下步驟進 行： 步驟1，先將石墨粉放入硫酸溶液與雙氧水的混合液中處理，其中硫酸溶液：雙氧水= 1:3?20重量份，處理時間為20min?2h，處理溫度為20?100°C，然后于10?30°C的水 中水洗至水洗液pH = 5?6. 5,然后將水洗后的石墨粉在105?150°C的干燥箱內(nèi)烘干2? 5h ； 步驟2,將經(jīng)處理后的石墨粉按石墨粉：石墨纖維=2?1000 :1質(zhì)量份配比混勻，將混 合物放入石墨膨脹爐中于800?1200°C下進行高溫膨脹，高溫膨脹時間為1?20s ;再通過 石墨卷材雙輥設(shè)備壓制成形，制得導(dǎo)熱纖維增強的高導(dǎo)熱石墨散熱片。
[0006] 本發(fā)明的目的之二還可通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)： 步驟2中所述的混勻是將經(jīng)處理后的石墨粉與石墨纖維在高混分散機內(nèi)機械分散混 合均勻，分散時間為30?60 min。
[0007] 本發(fā)明中的導(dǎo)熱纖維增強的高導(dǎo)熱石墨散熱片的制備方法，采用石墨片與石墨短 纖維、碳纖布、碳纖維等不僅有利于形成有效的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，而且還可以提高石墨散熱片的機 械性能。采用石墨短纖維或者碳纖布、碳纖維等作為增強劑，由于石墨纖維不僅強度高，并 且導(dǎo)熱性能好，耐腐蝕性能優(yōu)良，增強了柔性石墨片的強度，防止石墨片發(fā)生外觀質(zhì)量的改 變。采用上述方案制備石墨散熱片，克服了傳統(tǒng)制備工藝中存在的力學(xué)性能低、使用壽命 短，易脫落等缺陷。經(jīng)過上述處理獲得的石墨散熱片，其機械強度及純度大大提高，便于后 續(xù)加工使用，提供了一種重量輕、高強度、高導(dǎo)熱性能的石墨導(dǎo)熱散熱片，擴大了石墨片的 使用范圍。
[0008]

【專利附圖】

【附圖說明】： 圖1是本發(fā)明的導(dǎo)熱纖維增強的高導(dǎo)熱石墨散熱片的制備方法的工藝流程圖； 圖2是本發(fā)明由石墨粉：石墨纖維=2?1000 :1質(zhì)量份配比的混合原料，經(jīng)石墨膨脹 爐高溫膨脹和石墨卷材雙輥設(shè)備壓制而成的導(dǎo)熱纖維增強的高導(dǎo)熱散熱片的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0009] 為使本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施 例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下。
[0010] 如圖1所示，圖1為本發(fā)明的導(dǎo)熱纖維增強的高導(dǎo)熱石墨散熱片的制備方法的另 一具體實施例的流程圖。在步驟201，將天然鱗片石墨粉放入酸處理液中進行化學(xué)處理、雜 質(zhì)處理。流程進入到步驟202。
[0011] 在步驟202,將經(jīng)過處理后的天然鱗片石墨粉進行水洗，烘干。流程進入到步驟 203。
[0012] 在步驟203,將烘干后的天然鱗片石墨粉和石墨纖維在高混分散機內(nèi)進行機械分 散混合，均勻混合后定向排列。經(jīng)過步驟201到步驟203,完成了混合物的預(yù)處理。流程進 入到步驟204。
[0013] 在步驟204,將混合物過放入石墨膨脹爐中進行高溫膨脹。流程進入到步驟205。
[0014] 在步驟205,將膨脹后的混合物經(jīng)過石墨卷材雙輥設(shè)備加工，制成高強度高導(dǎo)熱石 墨散熱片。石墨纖維以孤島的形式分散于石墨基體中，石墨纖維和天然石墨粉的搭接增加， 傳熱面積增大，形成了有效的導(dǎo)熱鏈或?qū)峋W(wǎng)，從而使復(fù)合材料的熱導(dǎo)率明顯提高，這種 方法不僅能獲得良好性能的導(dǎo)熱石墨散熱片，還具有操工藝簡單，生產(chǎn)周期短，見效快等優(yōu) 點。
[0015] 以下通過具體實施例對本發(fā)明中的導(dǎo)熱纖維增強的高導(dǎo)熱石墨散熱片的制備方 法進一步加以說明。
[0016] 實施例1 : 選擇碳元素含量為99. 5%，粒徑為180 μ m的天然鱗片石墨粉和石墨纖維，石墨粉與石 墨纖維的質(zhì)量份比為100:1。將天然鱗片石墨粉放入酸處理液中進行化學(xué)處理、雜質(zhì)處理， 將經(jīng)過處理后的鱗片石墨粉進行水洗、烘干。將經(jīng)處理后的鱗片石墨粉按鱗片石墨粉：石墨 纖維=1000 :1質(zhì)量份配比混勻，然后放入石墨膨脹爐中進行高溫膨脹，再通過石墨卷材生 產(chǎn)設(shè)備制成密度為1. 5g/cm3,厚度為0. 1mm的高強度高導(dǎo)熱性能的石墨散熱片。如圖1所 示，圖1為本發(fā)明的導(dǎo)熱纖維增強的高導(dǎo)熱散熱片的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，53為石墨纖維，56 為石墨粉。
[0017] 實施例2: 該制備方法按如下步驟進行： 步驟1，先將鱗片石墨粉放入硫酸溶液與雙氧水的混合液中處理，其中硫酸溶液：雙氧 水=1:3重量份，處理時間為2h，處理溫度為20°C，然后于30°C的水中水洗至水洗液pH = 5, 然后將水洗后的石墨粉在150°C的干燥箱內(nèi)烘干2h。
[0018] 步驟2,將烘干后的鱗片石墨粉按照鱗片石墨粉：石墨纖維=2 :1質(zhì)量份配比在高 混分散機內(nèi)機械分散混合均勻，分散時間為30 min，然后放入石墨膨脹爐中于800°C下進行 高溫膨脹，高溫膨脹時間為20s，然后通過石墨卷材雙輥設(shè)備制成導(dǎo)熱纖維增強的高導(dǎo)熱石 墨散熱片。
[0019] 實施例3: 該制備方法按如下步驟進行： 步驟1，先將鱗片石墨粉放入硫酸溶液與雙氧水的混合液中處理，其中硫酸溶液：雙氧 水=1:20重量份，處理時間為20min，處理溫度為20°C，然后于30°C的水中水洗至水洗液 pH = 6. 5,然后將水洗后的石墨粉在150°C的干燥箱內(nèi)烘干5h。
[0020] 步驟2,將烘干后的鱗片石墨粉按照鱗片石墨粉：石墨纖維=1000 :1質(zhì)量份配比 在高混分散機內(nèi)機械分散混合均勻，分散時間為60 min，然后放入石墨膨脹爐中于1200°C 下進行高溫膨脹，高溫膨脹時間為ls，然后通過石墨卷材雙輥設(shè)備制成導(dǎo)熱纖維增強的高 導(dǎo)熱石墨散熱片。
[0021] 實施例4: 該制備方法按如下步驟進行： 步驟1，先將鱗片石墨粉放入硫酸溶液與雙氧水的混合液中處理，其中硫酸溶液：雙氧 水=1:10重量份，處理時間為lh，處理溫度為60°C，然后于20°C的水中水洗至水洗液pH = 6. 0,然后將水洗后的石墨粉在120°C的干燥箱內(nèi)烘干3h。
[0022] 步驟2,將烘干后的鱗片石墨粉按照鱗片石墨粉：石墨纖維=500 :1質(zhì)量份配比在 高混分散機內(nèi)機械分散混合均勻，分散時間為45 min，然后放入石墨膨脹爐中于KKKTC下 進行高溫膨脹，高溫膨脹時間為l〇s，然后通過石墨卷材雙輥設(shè)備制成導(dǎo)熱纖維增強的高導(dǎo) 熱石墨散熱片。
【權(quán)利要求】
1. 一種導(dǎo)熱纖維增強的高導(dǎo)熱石墨散熱片，其特征在于該石墨散熱片是由石墨粉：石 墨纖維=2?1000 :1質(zhì)量份配比的混合原料，經(jīng)石墨膨脹爐高溫膨脹和石墨卷材雙輥設(shè)備 壓制而成的片狀產(chǎn)品。
2. -種權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱纖維增強的高導(dǎo)熱石墨散熱片的制備方法，其特征在于 該制備方法按如下步驟進行： 步驟1，先將石墨粉放入硫酸溶液與雙氧水的混合液中處理，其中硫酸溶液：雙氧水= 1:3?20重量份，處理時間為20min?2h，處理溫度為20?100°C，然后于10?30°C的水 中水洗至水洗液pH = 5?6. 5,然后將水洗后的石墨粉在105?150°C的干燥箱內(nèi)烘干2? 5h ； 步驟2,將經(jīng)處理后的石墨粉按石墨粉：石墨纖維=2?1000 :1質(zhì)量份配比混勻，將混 合物放入石墨膨脹爐中于800?1200°C下進行高溫膨脹，高溫膨脹時間為1?20s ;再通過 石墨卷材雙輥設(shè)備壓制成形，制得導(dǎo)熱纖維增強的高導(dǎo)熱石墨散熱片。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種導(dǎo)熱纖維增強的高導(dǎo)熱石墨散熱片的制備方法，其特征 在于步驟2中所述的混勻是將經(jīng)處理后的石墨粉與石墨纖維在高混分散機內(nèi)機械分散混 合均勻，分散時間為30?60 min。
【文檔編號】H05K7/20GK104144597SQ201410383261
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月11日
【發(fā)明者】宮以娟, 朱焰焰 申請人:天諾光電材料股份有限公司