CN102344130A - 一种高散热石墨材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种高散热石墨材料及其制造方法，属于化工技术领域。本发明所述的高散热石墨材料，在含碳材料中混合有微波感应材料，用以对外加微波实现热效应，以及实现碳化材料的碳化及石墨化的过程，并且，所述的微波感应材料的熔点低于石墨化温度，这样，在碳化材料石墨化过程中，微波感应材料则会以液态形式与含碳材料相分离。利用本发明，大大降低了对炭化炉或石墨炉的要求，同时，提高了热的利用率。所制得的石墨材料，对于提高材料的散热性能具有有益的效果。

Description

一种高散热石墨材料及其制造方法
技术领域
本发明属于属于化工技术领域，特别涉及一种通过微波感应材料来实现碳化和石墨化的高散热石墨材料及其制造方法。
背景技术
石墨材料成分，具有很强的散热性能。可以应用到包括电子设备在内的各种需要散热处理的设备中。但如何将含有碳成分的材料转变为石墨材料，是一个并不简单的技术，也是目前各国的研发热点。
近年来，研究者提出了通过吸波材料吸收微波来对沥青进行加热的技术方案，例如，中国专利(申请号200910185168)提出了一种可用微波加热的沥青混凝土中的矿粉，在包括有沥青沥青混凝土层中，加入铁氧体，通过调节铁氧体在深度方向上的分布，使各层面获得所需的加热温度，实现微波加热沥青混凝土的可控性。中国专利(申请号200810060098)提出了一种可用微波加热的沥青及其制备方法，将包括铁氧体在内的吸波材料加入至沥青或改性沥青中，从而满足现场热熔沥青的要求。
鉴于上述技术现状，本发明提出了通过微波感应材料来实现碳化和石墨化的高散热石墨材料及其制造方法，大大降低了对炭化炉或石墨炉的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种高散热石墨材料，它们含有微波感应材料，以及提供一种配套的制作方法，来利用微波感应材料对含碳材料进行处理，使其快速转变成石墨材料。
本发明所述的高散热石墨材料，它包括有：用以对外加微波实现热效应的微波感应材料，以及，通过前述的微波感应材料的加热处理实现碳化及石墨化的材料。
进一步，所述的一种高散热石墨材料，还具有如下技术特征：
所述的含碳材料是煤沥青、石油沥青、中间相沥青、酚醛树脂中至少一种。
所述的含碳材料是液态的聚酰亚胺。
所述的微波感应材料，是包括有正三价铁离子的铁氧体。
所述的铁氧体为四氧化三铁。
本发明所述的高散热石墨材料的制造方法，包括如下步骤：
步骤1，将微波感应材料和含碳材料两者混合；
步骤2，在不包含有效氧化剂的情况下，利用微波辐射对包含有微波感应材料的含碳材料进行处理；
步骤3，在碳化温度范围内，在不包含有效氧化剂的情况下，利用包括微波感应材料热效应在内的发热效应，对包含有微波感应材料的含碳材料，进行碳化处理；
步骤4，在步骤3碳化处理的基础上，在不包含有效氧化剂的氛围中，对已经碳化的材料继续做微波处理，利用包括微波感应材料的热效应在内的发热效应，使已经碳化的材料进行石墨化。
进一步，所述的高散热石墨材料的制造方法，还具有如下技术特征：
所述的含碳材料是煤沥青、石油沥青、中间相沥青、酚醛树脂中至少一种。
所述的微波感应材料，是包括有正三价铁离子的铁氧体。
本发明的优点在于：
本发明的创新之处在于，在含碳材料中混合有微波感应材料，用以对外加微波实现热效应，以及实现碳化材料的碳化及石墨化的过程，并且，所述的微波感应材料的熔点低于石墨化温度，这样，在碳化材料石墨化过程中，微波感应材料则会以液态形式与含碳材料相分离。利用本发明，大大降低了对炭化炉或石墨炉的要求，同时，提高了热的利用率。所制得的石墨材料，对于提高材料的散热性能具有有益的效果。
附图说明
下面结合附图对本发明进行更详细的说明。
图1是本发明所述的高散热石墨材料的结构示意图。
图2是本发明所述的高散热石墨材料的工艺流程图。
具体实施方式
下面参照附图，结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
如图1所示，给出了本发明所述的高散热石墨材料的结构示意图。本发明的创新之处在于，该高散热石墨材料100，包括有：用以对外加微波实现热效应的微波感应材料110，以及，通过前述的微波感应材料110的加热处理实现碳化及石墨化的含碳材料120，并且，微波感应材料110的熔点高于含碳材料的碳化温度。
其中，所述的微波感应材料110，它是能够对外加微波实现热效应，通过吸收微波为含碳材料120的碳化及石墨化提供高温环境的功能材料，特别地，该微波感应材料110的熔点高于含碳材料120的碳化温度而必须低于石墨化温度。在本发明中，该微波感应材料110优选铁氧体来实现，当然也不排除其他微波感应材料，这里所述的铁氧体，优选三氧化二铁和一种或几种其他金属氧化物(例如：氧化镍、氧化锌、氧化锰、氧化镁、氧化钡、氧化锶等)组成的，它具有良好的吸收电磁波的性能，吸波能力为一般材料的几百倍。
其中，四氧化三铁的熔点为1594.5℃，氧化铁的熔点为1565℃。而作为举例，沥青的碳化温度为850℃，石墨化温度为2300℃。当然，其它含碳材料的碳化温度，也大致是这样的温度区间。这种情况下，虽然四氧化三铁为液态，但碳化材料在被活化之前，并不具有丰富的空隙，很难从碳化材料中流出。
其中，所述的含碳材料120，它是能够通过前述的微波感应材料110的加热处理实现碳化及石墨化的材料。该含碳材料120经碳化和石墨化后，一般变成多孔结构的材料而附着在目标物上。在本发明中，该含碳材料120由煤沥青、石油沥青、中间相沥青、酚醛树脂中的至少一种来实现，同时，它还可以通过液态的聚酰亚胺来实现。
下面，结合着图1所示的高温散热石墨材料的结构示意图，对图2所示的制造方法的流程图进行详细地描述。在本实施例中，采用了成本较低的沥青材料作为含碳材料，其碳化温度为850℃，石墨化温度为2300℃；选用四氧化三铁为微波感应材料，其熔点为1594.5℃。
步骤1，将微波感应材料和含碳材料两者混合。在具体实施时，可以将四氧化铁粉末与中间相沥青做成粉状结构，或者小颗粒结构，使其相混合均匀，搅拌。这里对四氧化铁和中间相沥青的物质形状不作限定。
步骤2，在不包含有效氧化剂的情况下，利用微波辐射对包含有微波感应材料的含碳材料进行处理。将四氧化三铁和沥青的混合物，置入密闭空间中，通入氮气排尽密闭空间内的空气，再充至一定压力，然后利用微波对包括有四氧化三铁的混合物进行热处理，升温至500℃，得到炭生料。
步骤3，在碳化温度范围内，在不包含有效氧化剂的情况下，利用包括微波感应材料热效应在内的发热效应，对包含有微波感应材料的含碳材料，进行碳化处理。将上述所得的混合有四氧化三铁的泡沫炭生料，放入能够产生包括微波发热的密闭空间内，通入高纯氮气保护下升温至850℃进行碳化处理。
步骤4，在步骤3碳化处理的基础上，在不包含有效氧化剂的氛围中，对已经碳化的材料继续做微波处理，利用包括微波感应材料的热效应在内的发热效应，使已经碳化的材料进行石墨化。上述所得的混合有四氧化三铁的碳化后的混合材料，放入能够产生包括微波发热的密闭空间内，通入氩气保护下升温至2300℃进行石墨化处理。在这样的条件下，三氧化三铁处于液体状态
进一步地，在碳化处理时，采用微波辐射的方式，照射沥青和铁氧体的混合物，在前述的温度范围内，沥青材料逐步碳化，成为碳化材料。这种情况下，炭化炉既可以产生高温，来加快材料的碳化过程，也可以不供给任何能量。另外，所采用的含碳材料，比如沥青，在微波的作用，也会发出少量的热量，但远不如微波感应的热效应明显。
在进行热处理上的过程中，可以更换炉子，而在温度许可的情况下，也可以不更换炉子。对混有微波感应材料的混合物进行加热处理，碳成分的石墨化温度为2300℃。在这种温度情况下，保持石墨炉一定时间，比如6-10个小时，使得碳成分充分石墨化。
以上是对本发明的描述而非限定，基于本发明思想的其它实施方式，均在本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种高散热石墨材料，其特征在于，该石墨材料中包括有：
用以对外加微波实现热效应的微波感应材料，以及，通过前述的微波感应材料的加热处理实现碳化及石墨化的材料。
2.根据权利要求1所述的一种高散热石墨材料，其特征在于：所述的微波感应材料，是熔点高于含碳材料的碳化温度的材料。
3.根据权利要求1所述的一种高散热石墨材料，其特征在于：所述的含碳材料是煤沥青、石油沥青、中间相沥青、酚醛树脂中至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种高散热石墨材料，其特征在于：所述的含碳材料是液态的聚酰亚胺。
5.根据权利要求1所述的一种高散热石墨材料，其特征在于：所述的微波感应材料，是包括有正三价铁离子的铁氧体。
6.根据权利要求4所述的一种高散热石墨材料，其特征在于：所述的铁氧体为四氧化三铁。
7.一种高散热石墨材料的制造方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
步骤1，将微波感应材料和含碳材料两者混合；
步骤2，在不包含有效氧化剂的情况下，利用微波辐射对包含有微波感应材料的含碳材料进行处理；
步骤3，在碳化温度范围内，在不包含有效氧化剂的情况下，利用包括微波感应材料热效应在内的发热效应，对包含有微波感应材料的含碳材料，进行碳化处理；
步骤4，在步骤3碳化处理的基础上，在不包含有效氧化剂的氛围中，对已经碳化的材料继续做微波处理，利用包括微波感应材料的热效应在内的发热效应，使已经碳化的材料进行石墨化。
8.根据权利要求7所述的一种高散热石墨材料的制造方法，其特征在于：所述的含碳材料是煤沥青、石油沥青、中间相沥青、酚醛树脂中至少一种。
9.根据权利要求7所述的一种高散热石墨材料的制造方法，其特征在于：所述的微波感应材料，是包括有正三价铁离子的铁氧体。
10.根据权利要求9所述的一种高散热石墨材料，其特征在于：所述的铁氧体为四氧化三铁。
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