CN104144597B - 一种导热纤维增强的高导热石墨散热片及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种导热纤维增强的高导热石墨散热片及制备方法，该石墨散热片是由石墨粉：石墨纤维＝2～1000：1质量份配比的混合原料，经石墨膨胀炉高温膨胀和石墨卷材双辊设备压制而成的片状产品。该导热纤维增强的高导热石墨散热片的制备方法克服了传统制备工艺中存在的力学性能低、使用寿命短，易脱落等缺陷，其机械强度及纯度大大提高，便于后续加工使用，具有重量轻、高强度、高导热性能等优点，扩大了石墨片的使用范围。

Description

一种导热纤维增强的高导热石墨散热片及制备方法

技术领域

本发明涉及石墨散热片的制备方法，特别是涉及到一种导热纤维增强的高导热石墨散热片的制备方法。

背景技术

随着微电子集成技术和高密度印制板组装技术的迅速发展，组装密度迅速提高，电子元件、逻辑电路体积成千上万倍地缩小，电子仪器及设备日益朝轻、薄、短、小方向发展。在高频工作频率下，半导体工作热环境向高温方向迅速移动，此时，电子元器件产生的热量迅速积累、增加，在使用环境温度下，要使电子元器件仍能高可靠性地正常工作，及时散热能力成为影响其使用寿命的关键限制因素。为保障元器件运行可靠性，需使用高可靠性、高导热性能等综合性能优异的材料，迅速、及时地将发热元件积聚的热量传递给散热设备，保障电子设备正常运行。

目前所用的散热材料基本都是铝合金，但铝的导热系数并不是很高（237W/mK），金和银的导热性能较好，但是价格太高，铜的导热系数次之（398W/mK），但铜重量大，易氧化。而石墨材料具有耐高温、重量轻（仅为传统金属导热材料的1/2-1/5）、热导率高、化学稳定性强、热膨胀系数小，取代传统的金属导热材料，不仅有利于电子器件的小型化微型化和高功率化，而且可以有效减轻器件的重量，增加有效载荷。传统石墨散热片加工方法仅仅采用单一的石墨粉，或者采用炭黑、氮化硼、铜粉等与石墨粒子复配填充，这样生产的石墨散热片由于直接暴露在电器原件环境中，在长时间的工作下容易使石墨粉尘脱落，并且强度小，力学性能较差，难以满足使用要求。纯导热石墨片的强度和机械性能远不如金属，这给后续加工带来了困难。同时，由于石墨易碎的缺点，会在使用过程中带来操作复杂、容易损坏等问题。为此本发明提供了一种新的导热纤维增强的高导热石墨散热片的制备方法，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种重量轻、强度和导热性能高的导热纤维增强的高导热石墨散热片；目的之二是提供该导热纤维增强的高导热石墨散热片的制备方法，以制备具有良好力学性能的高导热石墨散热片，满足石墨散热片后续加工的需要。

本发明的目的之一可通过如下技术措施之一来实现：

该导热纤维增强的高导热石墨散热片是由石墨粉：石墨纤维＝2～1000：1质量份配比的混合原料，经石墨膨胀炉高温膨胀和石墨卷材双辊设备压制而成的片状产品。

本发明的目的之二可通过如下技术措施来实现：

目的之一的导热纤维增强的高导热石墨散热片的制备方法，该制备方法按如下步骤进行：

步骤1，先将石墨粉放入硫酸溶液与双氧水的混合液中处理，其中硫酸溶液：双氧水＝1:3～20重量份，处理时间为20min～2h，处理温度为20～100℃，然后于10～30℃的水中水洗至水洗液pH＝5～6.5，然后将水洗后的石墨粉在105～150℃的干燥箱内烘干2～5h；

步骤2，将经处理后的石墨粉按石墨粉：石墨纤维＝2～1000：1质量份配比混匀，将混合物放入石墨膨胀炉中于800～1200℃下进行高温膨胀，高温膨胀时间为1～20s；再通过石墨卷材双辊设备压制成形，制得导热纤维增强的高导热石墨散热片。

本发明的目的之二还可通过如下技术措施来实现：

步骤2中所述的混匀是将经处理后的石墨粉与石墨纤维在高混分散机内机械分散混合均匀，分散时间为30～60 min。

本发明中的导热纤维增强的高导热石墨散热片的制备方法，采用石墨片与石墨短纤维、碳纤布、碳纤维等不仅有利于形成有效的导热网链，而且还可以提高石墨散热片的机械性能。采用石墨短纤维或者碳纤布、碳纤维等作为增强剂，由于石墨纤维不仅强度高，并且导热性能好，耐腐蚀性能优良，增强了柔性石墨片的强度，防止石墨片发生外观质量的改变。采用上述方案制备石墨散热片，克服了传统制备工艺中存在的力学性能低、使用寿命短，易脱落等缺陷。经过上述处理获得的石墨散热片，其机械强度及纯度大大提高，便于后续加工使用，提供了一种重量轻、高强度、高导热性能的石墨导热散热片，扩大了石墨片的使用范围。

附图说明：

图1是本发明的导热纤维增强的高导热石墨散热片的制备方法的工艺流程图；

图2是本发明由石墨粉：石墨纤维＝2～1000：1质量份配比的混合原料，经石墨膨胀炉高温膨胀和石墨卷材双辊设备压制而成的导热纤维增强的高导热散热片的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

如图1所示，图1为本发明的导热纤维增强的高导热石墨散热片的制备方法的另一具体实施例的流程图。在步骤201，将天然鳞片石墨粉放入酸处理液中进行化学处理、杂质处理。流程进入到步骤202。

在步骤202，将经过处理后的天然鳞片石墨粉进行水洗，烘干。流程进入到步骤203。

在步骤203，将烘干后的天然鳞片石墨粉和石墨纤维在高混分散机内进行机械分散混合，均匀混合后定向排列。经过步骤201到步骤203，完成了混合物的预处理。流程进入到步骤204。

在步骤204，将混合物过放入石墨膨胀炉中进行高温膨胀。流程进入到步骤205。

在步骤205，将膨胀后的混合物经过石墨卷材双辊设备加工，制成高强度高导热石墨散热片。石墨纤维以孤岛的形式分散于石墨基体中，石墨纤维和天然石墨粉的搭接增加，传热面积增大，形成了有效的导热链或导热网，从而使复合材料的热导率明显提高，这种方法不仅能获得良好性能的导热石墨散热片，还具有操工艺简单，生产周期短，见效快等优点。

以下通过具体实施例对本发明中的导热纤维增强的高导热石墨散热片的制备方法进一步加以说明。

实施例1：

选择碳元素含量为99.5%，粒径为180μm的天然鳞片石墨粉和石墨纤维，石墨粉与石墨纤维的质量份比为100:1。将天然鳞片石墨粉放入酸处理液中进行化学处理、杂质处理，将经过处理后的鳞片石墨粉进行水洗、烘干。将经处理后的鳞片石墨粉按鳞片石墨粉：石墨纤维＝1000：1质量份配比混匀，然后放入石墨膨胀炉中进行高温膨胀，再通过石墨卷材生产设备制成密度为1.5g/cm3，厚度为0.1mm的高强度高导热性能的石墨散热片。如图1所示，图1为本发明的导热纤维增强的高导热散热片的结构示意图。其中，53为石墨纤维，56为石墨粉。

实施例2：

该制备方法按如下步骤进行：

步骤1，先将鳞片石墨粉放入硫酸溶液与双氧水的混合液中处理，其中硫酸溶液：双氧水＝1:3重量份，处理时间为2h，处理温度为20℃，然后于30℃的水中水洗至水洗液pH＝5，然后将水洗后的石墨粉在150℃的干燥箱内烘干2h。

步骤2，将烘干后的鳞片石墨粉按照鳞片石墨粉：石墨纤维＝2：1质量份配比在高混分散机内机械分散混合均匀，分散时间为30 min，然后放入石墨膨胀炉中于800℃下进行高温膨胀，高温膨胀时间为20s，然后通过石墨卷材双辊设备制成导热纤维增强的高导热石墨散热片。

实施例3：

该制备方法按如下步骤进行：

步骤1，先将鳞片石墨粉放入硫酸溶液与双氧水的混合液中处理，其中硫酸溶液：双氧水＝1:20重量份，处理时间为20min，处理温度为20℃，然后于30℃的水中水洗至水洗液pH＝6.5，然后将水洗后的石墨粉在150℃的干燥箱内烘干5h。

步骤2，将烘干后的鳞片石墨粉按照鳞片石墨粉：石墨纤维＝1000：1质量份配比在高混分散机内机械分散混合均匀，分散时间为60 min，然后放入石墨膨胀炉中于1200℃下进行高温膨胀，高温膨胀时间为1s，然后通过石墨卷材双辊设备制成导热纤维增强的高导热石墨散热片。

实施例4：

该制备方法按如下步骤进行：

步骤1，先将鳞片石墨粉放入硫酸溶液与双氧水的混合液中处理，其中硫酸溶液：双氧水＝1:10重量份，处理时间为1h，处理温度为60℃，然后于20℃的水中水洗至水洗液pH＝6.0，然后将水洗后的石墨粉在120℃的干燥箱内烘干3h。

步骤2，将烘干后的鳞片石墨粉按照鳞片石墨粉：石墨纤维＝500：1质量份配比在高混分散机内机械分散混合均匀，分散时间为45 min，然后放入石墨膨胀炉中于1000℃下进行高温膨胀，高温膨胀时间为10s，然后通过石墨卷材双辊设备制成导热纤维增强的高导热石墨散热片。

Claims (2)

1.一种导热纤维增强的高导热石墨散热片，其特征在于该石墨散热片是由石墨粉：石墨纤维＝2～1000：1质量份配比的混合原料，经石墨膨胀炉高温膨胀和石墨卷材双辊设备压制而成的片状产品；该产品按如下步骤制备：

步骤1，先将石墨粉放入硫酸溶液与双氧水的混合液中处理，其中硫酸溶液：双氧水＝1:3～20重量份，处理时间为20min～2h，处理温度为20～100℃，然后于10～30℃的水中水洗至水洗液pH＝5～6.5，然后将水洗后的石墨粉在105～150℃的干燥箱内烘干2～5h；

步骤2，将经处理后的石墨粉按石墨粉：石墨纤维＝2～1000：1质量份配比混匀，将混合物放入石墨膨胀炉中于800～1200℃下进行高温膨胀，高温膨胀时间为1～20s；再通过石墨卷材双辊设备压制成形，制得导热纤维增强的高导热石墨散热片。

2.根据权利要求1所述的一种导热纤维增强的高导热石墨散热片，其特征在于步骤2中所述的混匀是将经处理后的石墨粉与石墨纤维在高混分散机内机械分散混合均匀，分散时间为30～60 min。