CN101157553A - 一种石墨—金属复合散热材料及其制备方法 - Google Patents

一种石墨—金属复合散热材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101157553A
CN101157553A CNA2007100726225A CN200710072622A CN101157553A CN 101157553 A CN101157553 A CN 101157553A CN A2007100726225 A CNA2007100726225 A CN A2007100726225A CN 200710072622 A CN200710072622 A CN 200710072622A CN 101157553 A CN101157553 A CN 101157553A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphite
metal
expanded graphite
metal compound
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2007100726225A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100569698C (zh
Inventor
魏彤
范壮军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Engineering University
Original Assignee
Harbin Engineering University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Engineering University filed Critical Harbin Engineering University
Priority to CNB2007100726225A priority Critical patent/CN100569698C/zh
Publication of CN101157553A publication Critical patent/CN101157553A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100569698C publication Critical patent/CN100569698C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

本发明提供的是一种石墨—金属复合散热材料及其制备方法。产品的重量百分比组成为1－10％的增强填料、5－50％的金属和余量的膨胀石墨；将膨胀石墨粉与增强填料混合均匀；对膨胀石墨粉与增强填料的混合物进行表面化学镀金属处理，得到石墨—金属复合原料；将石墨—金属复合原料粉烧结成型。本发明具有如下优点：由于将膨胀石墨与金属复合，一方面降低了材料的密度，另一方面使材料的热膨胀系数显著降低。石墨基体中的金属能改善石墨材料散热的各向异性，提高材料的整体散热性能。本发明所提供的材料、制备简单、易成型。

Description

一种石墨-金属复合散热材料及其制备方法
(一)技术领域
本发明涉及的是一种石墨材料，特别是一种以石墨为基体用于制备散热器的材料。本发明还涉及这种材料的制备方法。
(二)背景技术
随着半导体元件的高集成化和高速化，元件的发热量不断增加，元件温度的上升成为误操作或故障的主要原因，因此器件散热方面的研究和开发成为半导体产业发展的热点。在导热材料方面，近年来随着对散热的要求越来越高，迫切需要热导率高于250W/mK的高热导率新材料。此外，散热材料不仅要求具有高的热导率，而且为了不使接合面因热膨胀而断裂，必须是具有与半导体元件相同程度的热膨胀系数。由于半导体中使用的硅和GaAs的热膨胀系数分别为4.2×10-6/K，6.5×10-6/K。因此，散热材料应该具有较低的热膨胀系数。由于具有低的膨胀系数和相对较高的高热导率，W-Cu材料是经常使用的散热材料，但其热导率很难超过200W/mK，很难适应高散热半导体器件的要求。
石墨材料具有轻质、耐高温、耐腐蚀、抗热振性好和优良的电、热传导性能等，是其它材料所不可比拟的。在理想的石墨晶体中层平面内的热导率可达2400W/m·K，是高导热金属材料铝、铜、银的5～8倍多，而其质量仅为金属材料的1/6～1/2，且热膨胀系数比金属材料低得多。因此，石墨和金属复合制备散热器件具有巨大的优势和潜在的应用价值。
表面镀金属是常用的改善石墨性能的方法，例如中国专利申请号为(200510024792.7)的发明专利文件中，记载了一种将铜电镀到石墨颗粒的表面，提高石墨和镁基体的相容性，从而增强镁基复合材料性能。该石墨表面镀铜主要用作镁基体的填料。在例如中国专利申请号为(02112356.X)的发明专利文件中，记载了一种石墨-银电触头的制备方法，其主要工艺是将石墨粉表面化学镀银，该专利主要用于领域为电触头，并且石墨主要作为填料，其含量小于6wt％。显然这些方法得到的材料不可能直接用于致密的石墨为基体的散热材料。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种热导率高、密度低、具有一定的强度、易加工成型的石墨-金属复合散热材料。本发明的目的还在于提供一种工艺简单、易于操作、对设备要求低、生产成本低的石墨-金属复合散热材料的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的石墨-金属散热材料是由重量百分比为1-10％的增强填料、5-50％的金属和余量的膨胀石墨组成。
所述的膨胀石墨的膨胀体积为100mL/g～600mL/g，优选200mL/g～500mL/g。
所述的增强材料为碳纳米管、碳纤维、碳化硅纤维中的一种或两种以上任何比例的混合物。
所述的金属为铜、镍或银中的一种。
本发明的石墨-金属散热材料是采用这样的方法制备的：
(1)产品的重量百分比组成为1-10％的增强填料、5-50％的金属和余量的膨胀石墨；
(2)将膨胀石墨粉与增强填料混合均匀；
(3)对步骤(2)步得到的膨胀石墨粉与增强填料的混合物进行表面化学镀金属处理，得到石墨-金属复合原料；
(4)将步骤(3)得到的石墨-金属复合原料粉烧结成型。
本发明的制备方法还可以包括：
所述的将石墨-金属复合原料粉烧结成型是将复合原料粉末在130～160MPa下冷压，保压5～20min，然后在非氧气氛下烧结、烧结温度为600℃～900℃，保温10分钟～4小时，优选1～3小时。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、将天然石墨制成膨胀石墨后，其比表面积显著提高，因此，可以使制备的石墨-金属复合材料中金属均匀地分散与石墨薄层中，保证材料具有较低的热膨胀系数，而且在受热情况下不会开裂。
2、由于在原料中添加了增强材料，因此制备的石墨-金属复合材料具有较高的强度。
3、由于将低密度的膨胀石墨与金属复合，显著降低了材料的密度。
4、石墨基体中的金属能改善石墨材料散热的各向异性，提高材料的整体散热性能。
5、由于本发明是在原料粉制备阶段将膨胀石墨与金属复合，然后再将复合后的粉体通过粉末冶金方法成型，因此制备过程简单简单、易成型。
6、由于采用了价格便宜的石墨取代部分金属，因此显著降低了成本。本发明的目的是这样实现的：
(四)具体实施方式
下面举例对本发明做更详细地描述：
实施例1：
将膨胀石墨(膨胀体积：200mL/g)与碳纳米管混合均匀，其中碳纳米管含量为1％，通过化学镀在膨胀石墨和碳纳米管表面镀铜，镀后的复合粉体中，膨胀石墨和碳纳米管含量为50％，铜的含量为50％。将复合粉末在130MPa下冷压，保压5分钟；然后在氢气氛下800℃烧结，保温4小时。制得材料密度为3.5g/cm3，热导率为300W/m.K。
实施例2：
将膨胀石墨(膨胀体积：300mL/g)与碳纤维混合均匀，其中碳纤维含量为10％，通过化学镀在膨胀石墨和碳纤维表面镀银，镀后的复合粉体中，膨胀石墨和碳纳米管含量为70％，银的含量为30％。将复合粉末在160 MPa下冷压，保压20分钟；然后在氩气氛下850℃烧结，保温1小时。制得材料密度为3.0g/cm3，热导率为310W/m.K。
实施例3：
将膨胀石墨(膨胀体积：400mL/g)与碳化硅纤维混合均匀，其中碳纤维含量为2％，通过化学镀在膨胀石墨和碳化硅表面镀镍，镀后的复合粉体中，膨胀石墨和碳化硅含量为80％，镍的含量为20％。将复合粉末在160MPa下冷压，保压10分钟；然后在氮气氛下850℃烧结，保温10分钟。制得材料密度为1.8g/cm3，热导率为325W/m.K。
实施例4：
将膨胀石墨(膨胀体积：500mL/g)与碳纳米管混合均匀，其中碳纳米管含量为5％，通过化学镀在膨胀石墨和碳纳米管表面镀铜，镀后的复合粉体中，膨胀石墨和碳化硅含量为95％，铜的含量为5％。将复合粉末在160MPa下冷压，保压20分钟；然后在氢气氛下850℃烧结，保温0.5小时。制得材料密度为3.0g/cm3，热导率为295W/m.K。

Claims (6)

1.一种石墨-金属复合散热材料，其特征是：由重量百分比为1-10％的增强填料、5-50％的金属和余量的膨胀石墨组成。
2.根据权利要求1所述的石墨-金属复合散热材料，其特征是：所述的膨胀石墨的膨胀体积为100mL/g～600mL/g，优选200mL/g～500mL/g。
3.根据权利要求1所述的石墨-金属复合散热材料，其特征是：所述的增强材料为碳纳米管、碳纤维、碳化硅纤维中的一种或两种以上任何比例的混合物。
4.根据权利要求1所述的石墨-金属复合散热材料，其特征是：所述的金属为铜、镍或银中的一种。
5.一种石墨-金属散热材料的制备方法，其特征是：
(1)产品的重量百分比组成为1-10％的增强填料、5-50％的金属和余量的膨胀石墨；
(2)将膨胀石墨粉与增强填料混合均匀；
(3)对步骤(2)步得到的膨胀石墨粉与增强填料的混合物进行表面化学镀金属处理，得到石墨-金属复合原料；
(4)将步骤(3)得到的石墨-金属复合原料粉烧结成型。
6.根据权利要求5所述的石墨-金属散热材料的制备方法，其特征是：所述的将石墨-金属复合原料粉烧结成型将复合原料粉末在130～160MPa下冷压，保压5～20min，然后在非氧气氛下烧结、烧结温度为600℃～900℃，保温10分钟～4小时，优选1～3小时。
CNB2007100726225A 2007-08-07 2007-08-07 一种石墨-金属复合散热材料及其制备方法 Expired - Fee Related CN100569698C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2007100726225A CN100569698C (zh) 2007-08-07 2007-08-07 一种石墨-金属复合散热材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2007100726225A CN100569698C (zh) 2007-08-07 2007-08-07 一种石墨-金属复合散热材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101157553A true CN101157553A (zh) 2008-04-09
CN100569698C CN100569698C (zh) 2009-12-16

Family

ID=39305803

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2007100726225A Expired - Fee Related CN100569698C (zh) 2007-08-07 2007-08-07 一种石墨-金属复合散热材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100569698C (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101710567A (zh) * 2009-11-27 2010-05-19 晶能光电（江西）有限公司 具有复合碳基衬底的氮化镓基半导体器件及其制造方法
CN101579739B (zh) * 2009-06-17 2010-11-10 黑龙江科技学院 石墨基散热系统的制备方法
CN104879730A (zh) * 2015-06-12 2015-09-02 固态照明张家口有限公司 一种散热良好的led灯
CN108165901A (zh) * 2017-12-27 2018-06-15 西安理工大学 一种基于化学镀的碳纤维增强金属基复合材料的制备方法
CN109295335A (zh) * 2018-10-24 2019-02-01 中南大学 一种改性膨胀石墨-石墨/铜复合材料及其制备方法
CN109392235A (zh) * 2017-08-02 2019-02-26 惠州市华明科技有限公司 一种超薄型高导热线路集成及其制作方法
CN110937575A (zh) * 2019-11-15 2020-03-31 南通山剑石墨设备有限公司 石墨纤维缠绕石墨设备及其成型方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101579739B (zh) * 2009-06-17 2010-11-10 黑龙江科技学院 石墨基散热系统的制备方法
CN101710567A (zh) * 2009-11-27 2010-05-19 晶能光电（江西）有限公司 具有复合碳基衬底的氮化镓基半导体器件及其制造方法
CN104879730A (zh) * 2015-06-12 2015-09-02 固态照明张家口有限公司 一种散热良好的led灯
CN109392235A (zh) * 2017-08-02 2019-02-26 惠州市华明科技有限公司 一种超薄型高导热线路集成及其制作方法
CN108165901A (zh) * 2017-12-27 2018-06-15 西安理工大学 一种基于化学镀的碳纤维增强金属基复合材料的制备方法
CN109295335A (zh) * 2018-10-24 2019-02-01 中南大学 一种改性膨胀石墨-石墨/铜复合材料及其制备方法
CN110937575A (zh) * 2019-11-15 2020-03-31 南通山剑石墨设备有限公司 石墨纤维缠绕石墨设备及其成型方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN100569698C (zh) 2009-12-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100569698C (zh) 一种石墨-金属复合散热材料及其制备方法
CN101486575B (zh) 轻质高导热复合材料及其制备方法
CN102407335B (zh) 一种高导热led封装材料及其制备方法
CN106521230B (zh) 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
CN1944698A (zh) 一种超高导热、低热膨胀系数的复合材料及其制备方法
CN102383014A (zh) 高温共混表面金属化制备金刚石-铜复合材料的方法
CN100436616C (zh) 近全致密高W或Mo含量W-Cu或Mo-Cu复合材料的制备方法
CN103589894B (zh) 一种制备二维散热用取向增强Cu复合材料的方法
CN101550330A (zh) 一种轻质高导热复合材料及其制备方法
Park et al. Enhanced thermal conductivity of epoxy/three-dimensional carbon hybrid filler composites for effective heat dissipation
CN109161167B (zh) 一种氮化硼-银/环氧树脂复合材料及其制备方法和应用
CN101121823A (zh) 一种天然石墨基复合材料的制备方法
CN103254644A (zh) 一种具有高导热系数的界面材料及其制备方法
Mou et al. Enhanced heat dissipation of high-power light-emitting diodes by Cu nanoparticle paste
Sun et al. Highly thermal-conductive graphite flake/Cu composites prepared by sintering intermittently electroplated core-shell powders
CN108048684A (zh) 一种MWCNTs增强Cu-Ti复合材料的制备方法
CN103966533B (zh) 一种金刚石导热复合材料及其制备方法
Wu et al. Novel in-situ constructing approach for vertically aligned AlN skeleton and its thermal conductivity enhancement effect on epoxy
CN107686635B (zh) 一种石墨烯/固体环氧树脂高导热复合材料的制备方法
CN102465213A (zh) 一种高导热金刚石热沉材料及其制备方法
CN101092672A (zh) 超低热膨胀铝碳化硅电子封装基板或外壳材料复合物及制备产品的方法
CN111636006B (zh) 一种铝硅合金石墨复合导热材料及其制备与应用
CN107604192B (zh) 一种氮化铝/铝复合材料的制备方法
KR20210011899A (ko) 방열복합소재 및 그 제조 방법
KR101473708B1 (ko) 두께 방향으로 우수한 열전도 특성을 갖는 방열판의 제조방법과 이 방법에 의해 제조된 방열판

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20091216

Termination date: 20120807