CN102730675A

CN102730675A - 一种高导热石墨膜及其制备方法

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Publication number: CN102730675A
Application number: CN2012102427322A
Authority: CN
Inventors: 闫德才
Original assignee: SHENZHEN HFC SHIELDING PRODUCTS CO Ltd
Current assignee: SHENZHEN HFC SHIELDING PRODUCTS CO Ltd
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2012-10-17

Abstract

本发明公开了一种高导热石墨膜，其是由按质量百分数计将天然石墨85%-95%、复合氧化剂2.5%-7.5%、水2.5%-7.5%调制成稀糊状,在50-360℃条件下反应1-18小时后加入反应后的物料质量的1%-5%的络合剂，再经水洗涤至pH呈中性、离心脱水、烘干、酸化、除杂质、水洗、膨化、压延成片、碳化、石墨化制成的。本发明的高导热石墨膜导热系数高，能广泛应用于散热要求高的电子产品中。

Description

一种高导热石墨膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及高效导热材料，具体涉及一种高导热石墨膜及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的迅猛发展，散热问题成为许多领域发展的关键。航天飞行器热控系统的电子设备趋于小型化、轻量化、结构紧凑化、运行高效化，运行过程中会产生和积累大量的热量。大型计算机、笔记本电脑的CPU及许多民用电器装置性能不断提升、元器件集成度高，使系统产生的热量骤增。这些热量若不能及时导出，电子器件的正常工作及系统的稳定性就会受到严重影响。因而，对作为热控重要组成部分的导热材料提出更高的要求。然而，传统的导热件多是金属，如铝、铜，由于金属本身密度较大、热膨胀系数较高、导热系数低等局限性，已经很难满足现有电器装置的散热需求。因此，迫切需要质量轻、导热率高的材料。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种高导热石墨膜，其具有质轻、导热系数高、耐弯曲的优点，适用于散热要求高的电子器件中，为电子产品的薄型化发展提供可能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高导热石墨膜的制备方法，其按照以下制备方法制得：

1）天然石墨提纯：

a)按质量百分数计将天然石墨85%-95%、复合氧化剂2.5%-7.5%、水2.5%-7.5%调制成稀糊状；

b）在50-360℃条件下反应1-18小时；

c）加入质量为步骤b）反应后的物料质量的1%-5%的络合剂；

d）加水洗涤至PH呈中性；

e）离心脱水、烘干，得到天然石墨粉;

2)天然石墨酸化：将提纯后的天然石墨粉放入酸处理液中酸化；

3）除杂质：酸化后的天然石墨粉放入氢氟酸溶液中浸泡；

4）水洗：水洗温度为了0-25℃；

5）膨化：水洗后的天然石墨粉放入石墨膨胀炉中进行高温膨胀，而后进入冷却器降温；

6）压延成片：

7）碳化：压延成片的天然石墨膜放置于碳化炉中碳化；

8）石墨化：将碳化后的天然石墨膜放置于石墨化炉中石墨化。

优选地，所述天然石墨的含碳量为95%以上，粒度为20目至80目。碳含量越高的天然石墨其纯度越高，越有利于最终产品导热系数的提高。采用20目至80目的天然石墨制作的高导热石墨膜导热系数最高，粒径太小，膨化后膨胀石墨直径比小，不利于压延成片；粒径太大，制作的产品强度不够，晶型结构不稳定。

优选地，所述复合氧化剂为三氯化铁和过硫酸铵按质量比为1：3混合制得。

优选地，所述络合剂为三乙醇胺、1，10-邻二氮菲、EDTA、二巯基丙醇、二巯基丙烷磺酸钠、巯基乙胺、巯基乙酸、硫脲、氟化氨、8-羟基喹啉、铬酸钾、硫化钠、铜试剂、氰化物、乙酰丙酮、柠檬酸、酒石酸、草酸、磺基水杨酸、EGTA、乙二胺四丙酸、三乙撑四胺、磷酸盐、醇胺类、氨基羧酸盐、羟基羧酸盐、有机磷酸盐、聚丙烯酸类中的一种。

优选地，所述酸处理液为硫酸、过硫酸胺、盐酸、硝酸中的一种或两种以上配制而成的溶液，酸处理液中氢离子的浓度为0.2-0.5mol/L，酸化处理的温度为30℃-120℃，处理时间为0.5-3小时。

优选地，所述氢氟酸溶液的质量浓度为3%-5%，浸泡时间为0.5-2小时。

优选地，步骤5）膨化的温度为800-1000℃，时间为3-20秒。

优选地，步骤6）压延成片分三次压延进行，且三次压延中对辊的间距逐渐减小。比如：要制得厚度为0.2mm的产品，第一次压延时对辊的间距为1.0mm，第二次压延时对辊的间距为0.5mm，第三次压延时对辊的间距为0.2mm。压延成片分三次进行，对辊的间距逐次递减，保证了压制的产品厚度均匀。

优选地，碳化温度为1300℃，时间为10小时，消除了产品附着的杂质；石墨化的温度为2900℃，时间为10小时，使碳原子晶型结构重排，由二维晶型重排为三维晶型结构，大幅度提高导热系数；碳化和石墨化均是在惰性气体的保护下进行的。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的方法所制得的高导热石墨膜具有较高的导热系数，导热系数在1900kw/m.k，是目前常用用的金属导热材料的导热系数的4-5倍，可广泛应用于高功率LED、智能手机、液晶面板、平板电脑、笔记本电脑、飞行器等产品；

2、本发明的方法所制得的高导热石墨膜在产品厚度低的同时具有较高的导热系数，为电子产品的薄型化发展提供了可能。

具体实施方式

下面通过具体实施例子对本发明一种高导热石墨膜及其制备方法作进一步详细说明。

实施例1

一种高导热石墨膜，其按以下步骤制得：

1）天然石墨提纯：

a)按质量百分数计将天然石墨95%、复合氧化剂2.5%、水2.5%调制成稀糊状, 所述天然石墨的含碳量为95%，粒度为20目至80目,所述复合氧化剂为三氯化铁和过硫酸铵按质量比为1：3混合制得；

b）在50℃条件下反应18小时；

c）加入质量为步骤b）反应后的物料质量的1%的络合剂, 所述络合剂为三乙醇胺；

d）加水洗涤至PH呈中性；

e）离心脱水、烘干，得到天然石墨粉;

2)天然石墨酸化：将提纯后的天然石墨粉放入酸处理液中酸化，所述酸处理液为盐酸和硝酸的混合溶液，酸处理液中氢离子的浓度为0.2mol/L，酸化处理的温度为30℃，处理时间为3小时；

3）除杂质：酸化后的天然石墨粉放入氢氟酸溶液中浸泡，所述氢氟酸溶液的质量浓度为5%，浸泡时间为0.5小时；

4）水洗：水洗温度为了0-25℃；

5）膨化：水洗后的天然石墨粉放入石墨膨胀炉中进行高温膨胀，膨化的温度为800℃，时间为20秒，而后进入冷却器降温；

6）压延成片：第一次压延时对辊的间距为1.0mm，第二次压延时对辊的间距为0.5mm，第三次压延时对辊的间距为0.2mm，制成厚度为0.2mm的天然石黑膜；

7）碳化：压延成片的天然石墨膜放置于氮气保护的碳化炉中碳化，碳化温度为1300℃，时间为10小时；

8）石墨化：将碳化后的天然石墨膜放置于氮气保护的石墨化炉中石墨化，石墨化的温度为2900℃，时间为10小时。

按照标准《ASTM E1461-01 用闪光法确定固体热扩散率的试验方法》测得上述方法制得的高导热石墨膜的导热系数为1950 kw/m.k。

实施例2

一种高导热石墨膜，其按以下步骤制得：

1）天然石墨提纯：

a)按质量百分数计将天然石墨85%、复合氧化剂7.5%、水7.5%调制成稀糊状, 所述天然石墨的含碳量为96%，粒度为20目至80目,所述复合氧化剂为三氯化铁和过硫酸铵按质量比为1：3混合制得；

b）在360℃条件下反应1小时；

c）加入质量为步骤b）反应后的物料质量的3%的络合剂, 所述络合剂为乙二胺四丙酸；

d）加水洗涤至PH呈中性；

e）离心脱水、烘干，得到天然石墨粉;

2)天然石墨酸化：将提纯后的天然石墨粉放入酸处理液中酸化，所述酸处理液为硫酸和过硫酸胺的混合溶液，酸处理液中氢离子的浓度为0.5mol/L，酸化处理的温度为80℃，处理时间为2小时；

3）除杂质：酸化后的天然石墨粉放入氢氟酸溶液中浸泡，所述氢氟酸溶液的质量浓度为3%，浸泡时间为2小时；

4）水洗：水洗温度为了0-25℃；

5）膨化：水洗后的天然石墨粉放入石墨膨胀炉中进行高温膨胀，膨化的温度为1000℃，时间为3-10秒，而后进入冷却器降温；

6）压延成片：第一次压延时对辊的间距为0.5mm，第二次压延时对辊的间距为0.2mm，第三次压延时对辊的间距为0.1mm，制成厚度为0.1mm的天然石黑膜；

7）碳化：压延成片的天然石墨膜放置于氩气保护的碳化炉中碳化，碳化温度为1300℃，时间为10小时；

8）石墨化：将碳化后的天然石墨膜放置于氩气保护的石墨化炉中石墨化，石墨化的温度为2900℃，时间为10小时。

按照标准《ASTM E1461-01 用闪光法确定固体热扩散率的试验方法》测得上述方法制得的高导热石墨膜的导热系数为1900 kw/m.k。

实施例3

一种高导热石墨膜，其按以下步骤制得：

1）天然石墨提纯：

a)按质量百分数计将天然石墨90%、复合氧化剂5%、水5%调制成稀糊状, 所述天然石墨的含碳量为96%，粒度为20目至80目,所述复合氧化剂为三氯化铁和过硫酸铵按质量比为1：3混合制得；

b）在200℃条件下反应10小时；

c）加入质量为步骤b）反应后的物料质量的5%的络合剂, 所述络合剂为EDTA；

d）加水洗涤至PH呈中性；

e）离心脱水、烘干，得到天然石墨粉;

2)天然石墨酸化：将提纯后的天然石墨粉放入酸处理液中酸化，所述酸处理液为硝酸溶液，氢离子的浓度为0.3mol/L，酸化处理的温度为120℃，处理时间为0.5小时；

3）除杂质：酸化后的天然石墨粉放入氢氟酸溶液中浸泡，所述氢氟酸溶液的质量浓度为4%，浸泡时间为1小时；

4）水洗：水洗温度为了0-25℃；

5）膨化：水洗后的天然石墨粉放入石墨膨胀炉中进行高温膨胀，膨化的温度为900℃，时间为10-15秒，而后进入冷却器降温；

按照标准《ASTM E1461-01 用闪光法确定固体热扩散率的试验方法》测得上述方法制得的高导热石墨膜的导热系数为1940 kw/m.k。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明的保护范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种高导热石墨膜的制备方法，其特征在于依次包括以下步骤：

1）天然石墨提纯：

b）在50-360℃条件下反应1-18小时；

c）加入质量为步骤b）反应后的物料质量的1%-5%的络合剂；

d）加水洗涤至PH呈中性；

e）离心脱水、烘干，得到天然石墨粉;

3）除杂质：酸化后的天然石墨粉放入氢氟酸溶液中浸泡；

4）水洗：

6）压延成片：

7）碳化：压延成片的天然石墨膜放置于碳化炉中碳化；

2.如权利要求1所述的高导热石墨膜的制备方法，其特征在于：所述天然石墨的含碳量为95%以上，粒度为20目至80目。

3.如权利要求1所述的高导热石墨膜的制备方法，其特征在于：所述复合氧化剂为三氯化铁和过硫酸铵按质量比为1：3混合制得。

4.如权利要求1所述的高导热石墨膜的制备方法，其特征在于：所述络合剂为三乙醇胺、1，10-邻二氮菲、EDTA、二巯基丙醇、二巯基丙烷磺酸钠、巯基乙胺、巯基乙酸、硫脲、氟化氨、8-羟基喹啉、铬酸钾、硫化钠、铜试剂、氰化物、乙酰丙酮、柠檬酸、酒石酸、草酸、磺基水杨酸、EGTA、乙二胺四丙酸、三乙撑四胺、磷酸盐、醇胺类、氨基羧酸盐、羟基羧酸盐、有机磷酸盐、聚丙烯酸类中的一种。

5.如权利要求1所述的高导热石墨膜的制备方法，其特征在于：所述酸处理液为硫酸、过硫酸胺、盐酸、硝酸中的一种或两种以上配制而成的溶液，酸处理液中氢离子的浓度为0.2-0.5mol/L。

6.如权利要求1所述的高导热石墨膜的制备方法，其特征在于：所述氢氟酸溶液的质量浓度为3%-5%，浸泡时间为0.5-2小时。

7.如权利要求1所述的高导热石墨膜的制备方法，其特征在于：步骤5）膨化的温度为800-1000℃，时间为3-20秒。

8.如权利要求1所述的高导热石墨膜的制备方法，其特征在于：步骤6）压延成片分三次压延进行，且三次压延中对辊的间距逐渐减小。

9.如权利要求1所述的高导热石墨膜的制备方法，其特征在于：碳化温度为1300℃，时间为10小时；石墨化的温度为2900℃，时间为10小时；碳化和石墨化均是在惰性气体的保护下进行的。

10.一种高导热石墨膜，其特征在于：其是由权利要求1至9任意一项所述的制备方法制得。