CN101549402A - 一种轻质高导热碳/金属复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的轻质高导热碳/金属复合材料,它的组分及其重量百分比含量为:石墨粉71%~96%;Cu粉0%~28%;Al粉0%~28%;Ag粉0%~28%;高分子粘结剂3%-4%;上述Cu粉、Al粉和Ag粉的含量不同时为0。制备骤如下:按重量百分比含量称取石墨粉、Cu粉、Al粉和Ag粉,置于密闭容器中混合,混合的同时加入高分子粘结剂,混合0.5~24小时后,烘干,制成坯体,然后在真空或者在氩气、氢气或氮气保护气氛下,于200℃以上,大于8MPa压力下热固成型。本发明制备工艺简单,生产周期短。原料来源广,价格便宜。制得的复合材料成品密度小、材料内部无微裂纹,机械强度好,热导率高。
Description
技术领域
本发明涉及碳/金属复合材料及其制备方法。
背景技术
随着复杂程度和功能以惊人的速度增加,微电子系统的功率在持续地增加,体积却不断减小。电子元件本身也是热源,处在整个设备温度的最高点,过高的温升往往是导致电子系统故障和失效的致命因素。为使电子系统(特别是敏感电路和元器件)能持续稳定地工作,对其进行有效可靠的散热显然十分重要因此,研究和开发高效率的电子散热材料和相关技术已刻不容缓。
石墨是碳元素的结晶体,具有比铜和银更大的热导率。沿石墨片层方向上的高导热[理论值为数kW/(mK)]特性和垂直于石墨片层方向的低导热[理论值为(6W/(mK))]特性与其特殊的层状结构有关。相比于上述金属基导热材料,碳材料的导热系数明显高,而且自身质轻、耐腐蚀、原料价廉,在散热材料开发方面具有更加优越的前途和市场。此外,我国石墨矿产资源丰富,分布面积广阔,地矿储量大。
这种新型复合材料具有密度小、强度大、耐高温、抗腐蚀、抗辐射、高导电、高导热、耐烧蚀、热膨胀系数小等优点。运用这种材料制作散热器,其导热率高,且生产工艺简单,产品性能稳定,能有效提高计算机的使用效率,延长汁算机的使用寿命。
发明内容
针对金属材料在散热领域中存在的不足,本发明的目的是提供一种轻质高导热碳/金属复合材料及其制备方法。
本发明的轻质高导热碳/金属复合材料,它的组分及其重量百分比含量为:
石墨粉 71%~96%;
Cu粉 0%~28%;
Al粉 0%~28%;
Ag粉 0%~28%;
高分子粘结剂3%-4%;上述Cu粉、Al粉和Ag粉的含量不同时为0,各组分之和为100%。
上述的石墨粉的粒径在0.1~100微米。所说的Cu粉、Al粉和Ag粉的粒径分别在0.5~500微米。
本发明中,所说的石墨粉可以是天然鳞片石墨或人造石墨,其中,人造石墨为石墨纤维、热解石墨、酸化石墨、膨胀石墨、柔性石墨和多孔石墨中的一种或几种。
轻质高导热碳/金属复合材料的制备方法,步骤如下:
按权利要求1所说的重量百分比含量称取石墨粉、Cu粉、Al粉和Ag粉,置于密闭容器中混合,混合的同时加入高分子粘结剂,混合0.5~24小时后,烘干,制成坯体,然后在真空或者在氩气、氢气或氮气保护气氛下,于200℃以上,大于8MPa压力下热固成型。
上述的高分子粘结剂可以是甲基纤维素、羟己基纤维素、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和聚乙烯亚胺中的一种或混合物。
本发明制备工艺简单,生产周期短。原料来源广,价格便宜。制得的复合材料成品密度小、材料内部无微裂纹,机械强度好,热导率高。
具体实施方式
实施例1.
精选天然鳞片石墨粉末、铜粉、铝粉和银粉按照重量百分比78∶6∶6∶7混合,其余3%为甲基纤维素。混合是在转速10000转/分钟的搅拌器中进行,混合的同时加入质量浓度为10%甲基纤维素水溶液,混合搅拌1小时;120℃烘干,分散,将粉末压制成坯体,在真空300度30MPa压力下热压成型,得到轻质高导热碳/金属复合材料。测量其沿热压方向导热率为9.5W/m·K,垂直热压方向导热率为249W/m·K。
实施例2.
热解石墨粉末和铜粉按照重量百分比71∶25混合,其余量4%为聚丙烯酰胺。混合是在转速11000转/分钟的搅拌器中进行,混合的同时加入质量浓度为5%聚丙烯酰胺水溶液,混合搅拌0.5小时;100℃烘干,分散,将粉末压制成坯体,在氩气氛中300度30MPa压力下热等静压成型,得到轻质高导热碳/金属复合材料。测量其沿热压方向导热率为8.8W/m·K,垂直热压方向导热率为236W/m·K。
实施例3.
膨胀石墨粉末、铜粉、铝粉按照重量百分比90∶3∶4混合,其余3%为聚乙烯醇。混合是在转速5000转/分钟的搅拌器中进行,混合的同时加入质量浓度为10%聚乙烯醇水溶液,混合搅拌2小时;130℃烘干,分散,将粉末压制成坯体,在真空600度50MPa压力下超高压烧结成型,得到轻质高导热碳/金属复合材料。测量其沿热压方向导热率为9.1W/m·K,垂直热压方向导热率为228W/m·K。
Claims (6)
1.一种轻质高导热碳/金属复合材料,其特征在于它的组分及其重量百分比含量为:
石墨粉 71%~96%;
Cu粉 0%~28%;
Al粉 0%~28%;
Ag粉 0%~28%;
高分子粘结剂3%-4%;上述Cu粉、Al粉和Ag粉的含量不同时为0,各组分之和为100%。
2.按权利要求1所述的轻质高导热碳/金属复合材料,其特征是石墨粉的粒径为0.1~100微米。
3.按权利要求1所述的轻质高导热碳/金属复合材料,其特征是所说的Cu粉、Al粉和Ag粉的粒径分别在0.5~500微米。
4.按权利要求1所述的轻质高导热碳/金属复合材料,其特征在于所说的石墨粉是天然鳞片石墨或人造石墨,其中,人造石墨为石墨纤维、热解石墨、酸化石墨、膨胀石墨、柔性石墨和多孔石墨中的一种或几种。
5.按权利要求1所述的轻质高导热碳/金属复合材料的制备方法,其特征是步骤如下:
按权利要求1所说的重量百分比含量称取石墨粉、Cu粉、Al粉和Ag粉,置于密闭容器中混合,混合的同时加入高分子粘结剂,混合0.5~24小时后,烘干,制成坯体,然后在真空或者在氩气、氢气或氮气保护气氛下,于200℃以上,大于8MPa压力下热固成型。
6.按权利要求5所述的轻质高导热碳/金属复合材料的制备方法,其特征是所说的高分子粘结剂是甲基纤维素、羟己基纤维素、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和聚乙烯亚胺中的一种或混合物。
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