CN102887665B - 一种石墨粉料及其制造的散热器 - Google Patents

Abstract

一种用于制作散热器石墨粉料的方法、及其制备散热器的方法和制备的散热器，膨胀石墨预压—浸渍树脂溶液—晾干—干燥—固化—粉碎得到成型性能较好的膨胀石墨混合粉；膨胀石墨混合粉经加工成形—消应力处理—涂防辐射涂料—表面打磨制成强度较高、导热系数较高的散热器。本发明的优点是，树脂分散均匀、易于自粘成形的新型石墨粉料，新型石墨粉料制造的石墨散热器强度和硬度高，其表面经常规处理后不掉粉末，便于组装，重量轻，成本低，在散热器某一方向上最佳的导热系数达到350w/mK。

Description

一种石墨粉料及其制造的散热器

技术领域

本发明涉及一种电子散热器，特别涉及一种石墨粉料及其制造散热器的方法。 

背景技术

石墨有优异的导热散热特性，理论导热系数达到2200w/mK，石墨是黑体材料，易于散热；膨胀石墨是多孔的蠕虫状粉体材料，易于在压力下通过粉体自身的相互镶嵌自粘成型，并在有方向的压力下得到各向异性度很高的材料，即材料在压力方向上的传导性比垂直于压力方向上的传导性低10-100倍，膨胀石墨是多孔粉体，压制自粘成型后属于柔性材料，硬度和强度不高，直接制成的散热器没有强度和硬度，不便组装，且易掉导电性的石墨粉。 

发明内容

本发明的目的就是要提供一种石墨粉料制造方法，石墨粉料具有较好的成型性能，用石墨粉料制造的散热器具有较高的强度和硬度，在某一方向上的导热系数达到200-390 w/mK，通过简单的表面处理，散热器不易掉粉末，适用于电子产品的散热。 

本发明的目的是这样实现的：一种石墨粉料制造方法，石墨粉料制作方法包括如下步骤，膨胀石墨——预压——浸渍树脂溶液——晾干——干燥——固化——粉碎——混入纤维——石墨粉料； 

1）预压：可膨胀石墨经过850℃以上温度瞬时膨胀得到蠕虫状石墨，预压成低密度膨胀石墨板材，所述低密度膨胀石墨板材密度为0.15-0.35g/cm3、厚度为1.5-10mm；

2）浸渍树脂溶液：将低密度膨胀石墨板材放入真空浸渍箱内抽真空浸渍热固性树脂溶液，所述浸渍时间为6-10分钟，使得膨胀石墨孔隙中及表面上吸附树脂溶液；

3）晾干：常温下晾干经树脂溶液浸渍的石墨，所述晾干时间为4-10h，使得热固性树脂均匀分布于膨胀石墨孔隙中及表面上；

4）干燥：晾干后再经过８０－１００℃干燥，干燥时间为8-24h，蒸发掉分布于膨胀石墨孔隙中及表面上的热固性树脂溶液中的溶剂；

5）固化：干燥后进行固化，固化温度为树脂固化温度，均匀分布于膨胀石墨孔隙中及表面上的热固性树脂固化，树脂被膨胀石墨吸附和粘附；

6）粉碎：将固化后的膨胀石墨板材粉碎，得到膨胀石墨树脂复合粉；

制得树脂分散均匀、易于自粘成形的石墨粉料。

还可以，热固性树脂溶液中树脂优选热固性酚醛树脂、和/或环氧树脂、和/或呋喃树脂，所述热固性树脂中含有环氧树脂时需加入固化剂；所述热固性树脂溶液的溶剂优选乙醇、或乙酸乙酯、或乙醇与乙酸乙酯的混合液，所述热固性树脂溶液浓度为5-35wt%，最佳树脂溶液浓度为20wt%。 

还可以，粉碎步骤中采用塑料粉碎机或刀片旋转的撞击式粉碎机进行粉碎，粉碎粒度在80-100目，得到膨胀石墨树脂复合粉。 

进一步讲，石墨粉料制作方法还包括混入纤维步骤，在粉碎后得到的膨胀石墨树脂复合粉中添加短纤维，制得树脂分散均匀、纤维分散均匀、易于自粘成形的石墨粉料。 

还可以，混入的无机纤维为碳纤维和/或玻璃纤维；混入的矿物纤维为水镁石纤维和/或硅灰石纤维，所述混入纤维量为膨胀石墨树脂复合粉总质量的3-30%。 

还可以，混入纤维步骤中加入的纤维的长径比为3-10。 

石墨粉料制成的散热器，散热器底座与散热鳍片为一整体，成型加工工艺为模压方式，可以单向模压，也可以是相向模压，压力方向与散热器底座平面平行。 

还可以，散热器底座为柱形底座，底座柱形中镶嵌导热铜柱，底座柱形外表面设有多个按圆周分布的石墨质鳍片，石墨质鳍片之间空隙为散热器通风道。 

还可以，散热器底座为长方体底座，及设在方体底座上的梯形石墨质鳍片，梯形石墨质鳍片之间空隙为散热器通风道。 

新型石墨料制成的散热器的方法，包括以下步骤:加工成型——消应力处理——表面涂防辐射涂料——表面打磨; 

1）加工成型:石墨粉料放入散热器模具中压制成型； 

2）消应力处理：成型的散热器放入烘箱内进行干燥进行消应力处理； 

  3）涂防辐射涂料:把散热器鳍片部分浸入防辐射涂料中，防辐射涂料固化在散热器外表面上；

   4）表面打磨：对散热器底座热接触表面进行打磨。

本发明优点在于：采用复合和混合的方法，在膨胀石墨中添加自硬性的树脂对多孔的膨胀石墨粉体进行复合，也可以在粉碎的膨胀石墨粉体材料中混合纤维增强材料，使得膨胀石墨制品机械强度和传导性得到改善。 

利用膨胀石墨粉体多孔性特点，通过真空浸渍低浓度树脂溶液，膨胀石墨孔隙表面吸附树脂溶液，晾干、干燥后，树脂粘接到膨胀石墨粉体孔隙、表面，使得树脂均匀分布于膨胀石墨材料中，再通过固化，使树脂被膨胀石墨吸附和粘附，后再粉碎膨胀石墨板得到树脂均匀分散于膨胀石墨粉的膨胀石墨树脂复合粉，膨胀石墨树脂复合粉中膨胀石墨表面重新露出,压力成型时在树脂和石墨的双重作用下保持了膨胀石墨材料优异的成型性能； 

膨胀石墨树脂复合粉混合纤维，纤维通过高速混合得到良好分散，短纤维和树脂的作用使得膨胀石墨制品强度和硬度提高，制成树脂分散均匀、纤维分散均匀、易于自粘成形的石墨粉料。

石墨粉料模压成型的特点是制品将会呈现各向异性特点，膨胀石墨颗粒属于挠性材料，受到压力时，颗粒变形，在垂直压力方向被压缩，在此平面上的石墨密实度高，石墨颗粒之间接触性好，传导性也好，可以充分发挥石墨材料传导性特点。用石墨粉料制成的散热器充分利用石墨受压力的特点，结合新型石墨粉较好的自粘性，制成散热器底座与散热鳍片为一整体，鳍片可以做的较长，散热器底座平面与模压受力方向垂直，这样，在垂直于散热器底座平面方向材料的热传导系数高于其他方向，也就是电子元件热点通过与散热器底座平面接触，利用散热器本身导热的方向性迅速将热点传导到散热鳍片上进行散热，散热器最佳导热方向上的导热系数达到200-390w/mK。 

石墨粉料具有较好的自粘性，压制散热器时一次成形，成形后的散热器强度和硬度均较高，散热器表面经常规处理后不掉粉末。 

本发明所制造的散热器加工工艺简单，重量轻，成本低。 

附图说明

下面结合附图和实施例对发明作进一步说明。 

图1是本发明的第一优选散热器的结构示意图。 

图2是本发明的第二优选散热器的主视图。 

图3是本发明的第二优选散热器的结构示意图。 

图4是本发明的第二优选散热器的主视图主视图。 

具体实施方式

本发明第一实施例，步骤如下： 

第一步：将含碳量98%膨胀容积为200ml/g的80目可膨胀石墨经柔性石墨纸机加工成密度为0.2g/cm3板材，规格为500x500x5mm。将膨胀石墨板材放入真空浸漆机中，抽真空处理，真空箱内压力达到-0.09MPa。配置20%热固化酚醛树脂乙醇溶液，通过真空箱上的导管将树脂溶液吸入，保持真空浸渍8分钟，打开真空箱排空阀，放出浸渍液，取出石墨板材晾干，晾干时间不低于8h，然后放入烘箱中烘干，烘干温度为80℃，烘干时间16h。烘干乙醇后，调整烘箱温度为175℃，维持此温度2h，对树脂进行固化，石墨板材树脂增加量约为15%。

第二步：将浸有固化树脂的石墨板材采用塑料粉碎机粉碎，粉碎粒度达到80目。 

第三步：将80目石墨粉填装到翅片形散热器模具腔内，捣实，压制，脱模。 

第四步：成型的石墨散热器表面清理毛刺等。 

第五步：将石墨散热器放入设置80℃烘箱中热处理1小时。 

第六步：将冷却的石墨散热器除底座底面外其他部分浸入防辐射涂料液中，取出甩干，表面固化后石墨散热器表面光洁，无粉末、屑掉落。 

第七步：将石墨散热器底座接触面进行修磨平整，露出平整的石墨底面。 

 测试沿石墨散热器底面到鳍片的导热系数平均为350w/mK，测试散热器底座平面方向导热系数约为18w/mK，散热器鳍片抗折强度为5.7MPa，底座邵氏硬度达到10A。 

发明实例二，步骤如下： 

第一步、第二步与发明实例一相同。

第三步：按照重量比5%将100目针状硅灰石粉混入膨胀石墨粉中混合均匀得到模压料。 

第四步：将模压料填装到花型散热器模具腔内，捣实，压制，脱模。 

第五步：成型的石墨散热器表面清理毛刺等。 

第六步：将石墨散热器放入设置80℃烘箱中热处理1小时。 

第七步：将冷却的石墨散热器外边面浸渍防辐射涂料，取出甩干，表面固化后石墨散热器表面光洁，无粉末、屑掉落。 

第八步：将石墨散热器铜柱表面进行加工，修磨平整。 

 测试沿石墨散热器底座到鳍片方向的导热系数平均为390w/mK，测试散热器底座平面方向导热系数约20w/mK，散热器鳍片抗折强度为4.9MPa，鳍片上表面硬度达到18A。 

如图1所示，散热器底座为柱形底座1，底座柱形1镶嵌导热铜柱4，底座柱形1外表面设有八条按圆周分布的石墨质鳍片2，石墨质鳍片2之间空隙为散热器通风道3，压制方向7为散热器压制成形的方向，热流方向8为散热器垂直于压制方向7的最佳导热方向。 

如图2所示，柱形底座1上设有石墨质鳍片2，石墨质鳍片2之间空隙为散热器通风道3。 

如图3所示，散热器底座为方体底座5，及设在长方体底座5上的梯形石墨质鳍片6，梯形石墨质鳍片6之间空隙为散热器通风道3，压制方向7为散热器压制成形的方向，热流方向8为散热器垂直于压制方向7的最佳导热方向。 

如图4所示，方体底座5上与梯形石墨质鳍片6，梯形石墨质鳍片6之间空隙为散热器通风道3。 

实施例一中的热固化酚醛树脂乙醇溶液还可以是呋喃树脂溶液、热固化环氧树脂溶液等。 

工作原理：膨胀石墨经预压、浸渍树脂溶液、晾干、干燥、固化、粉碎、和/或混入纤维步骤后的得到树脂分散均匀、纤维分散均匀、易于自粘成形的石墨粉料，该石墨粉料自粘性强，在预压后能形成达到抗折强度为5.7MPa、硬度达到10A的石墨块材。 

散热器柱体底座1，热从热点传导到导热铜柱4，通过导热铜柱4传导到石墨散热器底座1表面，热流从散热器底座1向石墨质鳍片2导热，热流方向8导热系数达到200-350w/mK，利用散热器表面的散热功能散热。 

散热器方体底座5表面直接与热点接触，热流从散热器方体底座5向梯形石墨质鳍片6传导热，热流方向8导热系数达到200-350w/mK，利用散热器表面的散热功能散热。 

石墨粉料制成散热器的方法，加工成型——消应力处理——表面涂防辐射涂料——表面打磨，石墨粉料一次压制成抗折强度为5.7MPa、硬度达到10A的散热器，对压制成型的散热器表面进行常规处理后，散热器表面不掉粉末。 

Claims (9)

1.一种用石墨粉料制备散热器的方法，其特征在于包括如下步骤：石墨粉制备的方法包括膨胀石墨——预压——浸渍树脂溶液——晾干——干燥——固化——粉碎——石墨粉料；

1）预压：可膨胀石墨经过850℃以上温度瞬时膨胀得到蠕虫状石墨，预压成低密度膨胀石墨板材,所述低密度膨胀石墨板材密度为0.15-0.35g/cm³、厚度为1.5-10mm；

2）浸渍树脂溶液：将低密度膨胀石墨板材放入真空浸渍箱内抽真空浸渍热固性树脂溶液，所述浸渍时间为6-10分钟，使得膨胀石墨孔隙中及表面上吸附树脂溶液；

3）晾干：常温下晾干经树脂溶液浸渍的石墨，所述晾干时间为4-10h，使得热固性树脂均匀分布于膨胀石墨孔隙中及表面上；

4）干燥：晾干后再经过８０－１００℃干燥，干燥时间为8-24h，蒸发掉分布于膨胀石墨孔隙中及表面上的热固性树脂溶液中的溶剂；

5）固化：干燥后进行固化，固化温度为树脂固化温度，均匀分布于膨胀石墨孔隙中及表面上的热固性树脂固化，树脂被膨胀石墨吸附和粘附；

6）粉碎：将固化后的膨胀石墨板材粉碎，得到膨胀石墨树脂复合粉；

将制得树脂分散均匀、易于自粘成形的石墨粉料采用成型加工工艺为模压方式制成散热器，使散热器底座与散热鳍片为一整体，能单向模压，或是相向模压，压力方向与散热器底座平面平行。

2.根据权利要求1所述的一种用石墨粉料制备散热器的方法，其特征在于：所述热固性树脂溶液中树脂为热固性酚醛树脂、和/或环氧树脂、和/或呋喃树脂，所述热固性树脂中含有环氧树脂时需加入固化剂；所述热固性树脂溶液中溶剂为乙醇、或乙酸乙酯、或乙醇与乙酸乙酯的混合液，所述热固性树脂溶液浓度为5-35wt%。

3.根据权利要求1所述的一种用石墨粉料制备散热器的方法，其特征在于：所述粉碎步骤中采用塑料粉碎机或刀片旋转的撞击式粉碎机进行粉碎，粉碎粒度在80-100目，得到膨胀石墨树脂复合粉。

4.根据权利要求1至3之一所述的一种用石墨粉料制备散热器的方法，其特征在于：所述石墨粉料制作方法还包括混入纤维步骤；所述混入纤维步骤为在粉碎后得到的膨胀石墨树脂复合粉中添加短纤维，制得树脂分散均匀、纤维分散均匀、易于自粘成形的石墨粉料。

5.根据权利要求4所述的一种用石墨粉料制备散热器的方法，其特征在于：所述混入的无机纤维为碳纤维和/或玻璃纤维；混入的矿物纤维为水镁石纤维和/或硅灰石纤维，所述混入纤维量为膨胀石墨树脂复合粉总质量的3-30%。

6.根据权利要求4所述的一种用石墨粉料制备散热器的方法，其特征在于：混入纤维步骤中加入的纤维的长径比为3-10。

7.运用权利要求1-6之一所述的一种用石墨粉料制备散热器的方法制备的散热器，其特征在于：所述的散热器底座为柱形底座（1），所述柱形底座（1）中镶嵌导热铜柱（4），柱形底座（1）外表面设有多个按圆周分布的石墨质鳍片（2），石墨质鳍片（2）之间空隙为散热器通风道（3）。

8.运用权利要求1-6之一所述的一种用石墨粉料制备散热器的方法制备的散热器，其特征在于：所述的散热器底座为方体底座（5），及设在方体底座（5）上的梯形石墨质鳍片（6），梯形石墨质鳍片（6）之间空隙为散热器通风道（3）。

9.根据权利要求1-6之一所述的一种用石墨粉料制备散热器的方法，其特征在于：还包括以下步骤:加工成型——消应力处理——表面涂防辐射涂料——表面打磨;

1）加工成型:石墨粉料放入散热器模具中压制成型； 

2）消应力处理：成型的散热器放入烘箱内进行干燥进行消应力处理； 

3）涂防辐射涂料:把散热器鳍片部分浸入防辐射涂料中，防辐射涂料固化在散热器外表面上；

 4）表面打磨：对散热器底座热接触表面进行打磨。

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