CN111069611A - 一种石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法 - Google Patents

一种石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111069611A
CN111069611A CN201911335176.1A CN201911335176A CN111069611A CN 111069611 A CN111069611 A CN 111069611A CN 201911335176 A CN201911335176 A CN 201911335176A CN 111069611 A CN111069611 A CN 111069611A
Authority
CN
China
Prior art keywords
copper
graphite
graphene
composite material
layers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911335176.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111069611B (zh
Inventor
蒋芳
白华
蒋鼎
陈礼庚
熊良明
罗杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sichuan Lefei Photoelectric Technology Co.,Ltd.
Original Assignee
Yangtze Optical Fibre and Cable Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yangtze Optical Fibre and Cable Co Ltd filed Critical Yangtze Optical Fibre and Cable Co Ltd
Priority to CN201911335176.1A priority Critical patent/CN111069611B/zh
Publication of CN111069611A publication Critical patent/CN111069611A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111069611B publication Critical patent/CN111069611B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/02—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers
    • B22F7/04—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers with one or more layers not made from powder, e.g. made from solid metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
    • H01B1/026—Alloys based on copper
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/04—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of carbon-silicon compounds, carbon or silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H01B13/0026—Apparatus for manufacturing conducting or semi-conducting layers, e.g. deposition of metal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/02—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers
    • B22F7/04—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers with one or more layers not made from powder, e.g. made from solid metal
    • B22F2007/042—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers with one or more layers not made from powder, e.g. made from solid metal characterised by the layer forming method

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明公开了一种石墨‑石墨烯‑金属复合材料的制备方法，包括步骤：(1)在铜箔上沉积石墨烯，并将多层所述沉积有石墨烯层的铜箔叠加在一起，形成所述铜‑石墨烯复合层；使得所述铜‑石墨烯复合层厚度在1mm至8mm；(2)制备铜‑石墨复合层：将镀铜的石墨片与铜粉混合均匀并铺平，形成所述铜‑石墨复合层；其厚度在1mm至10mm之间；(3)将铜‑石墨烯复合层与铜‑石墨复合层相间堆叠并热压烧结，形成本发明提供的石墨‑石墨烯‑金属复合材料。本发明提供的石墨‑石墨烯‑金属复合材料的制备方法，通过叠加复合导热性能和导电性能优异的结构层，形成导热通道和导电通道互不影响的结构化各向异性材料，同时由于金属基相同，结构层之间结合紧密，整体机械性能、加工性能良好，复合材料整体表现出优异的导热、导电性能，能满足现代电子工业化的需求。

Description

一种石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于金属基复合材料领域，更具体地，涉及一种石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法。
背景技术
随着电子器件以及产品日益高度集成、高运算，能耗功率随之倍增，因此散热成为制约电子元器件高可靠性正常工作和使用寿命的关键因素，目前广泛应用的金属导热体已经无法满足电子行业高集成化散热的需要，柔软轻便高强度的新型的高导热导电的复合石墨膜成为高集成、高功率、高性能的电子元器件散热的迫切需要。
目前一般是将高导热和高导电分开进行提高性能，比如石墨-金属复合材料能达到很高的热导率，石墨烯-金属复合材料能达到很高的导电性，但目前没有一款能满足导热和导电两种特性高的复合材料。
材料本身的特性，目前没有同时具有高导电和高导热的材料，因为导电主要是电子云的迁移，而导热主要是由于导热是依靠材料中的电子、原子、分子和晶格热运动来传递热量，金属导热主要依靠自由电子的热运动。目前导热导电好的材料为金属材料，金属热导率范围在2.3～420W/(m·K)，银是420W/(m·K)。但纯金属内加入其他元素成为合金后，由于这些元素的嵌入，严重阻碍自由电子的运动，使热导率大大下降。例如纯铜的λ＝398W/(m·K)，加人30％的锌后纯铜变成黄铜，λ仅为109W(m·K)由于材料本身的特性以及导电和导热机理的不同，导致了目前没有一款材料可以同时满足高导电和高导热。目前导热最好的是金刚石，导电最好的是金、银、铜。但是金、银的价格比较贵。最小热阻力法则：热量在物体内传递时，热流会沿热阻力最小的通道传递，或通道在流时呈最小热阻力状态，相应态通道的总热阻即为最小热阻。这规律就象水会沿水阻力最小的通道流动，电会沿电阻力最小的通道穿流一样，属于自然界的最小阻力法则，也称并联法则。
本领域迫切需要一种二者结合的复合材料，既能满足高导热，也能满足高导电的复合材料。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种石墨-石墨烯-金属复合的高导热、高导电材料，其目的在于通过结构化的正交各向异性材料，构建几乎没有相互影响的导热、导电通道，从而同时提高材料的导热、导电性能，由此解决现有技术的导热、导电性能不能同时保持较高水平的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在铜箔上沉积石墨烯，并将多层所述沉积有石墨烯层的铜箔叠加在一起，形成所述铜-石墨烯复合层；使得所述铜-石墨烯复合层厚度在1mm至8mm，优选1mm至3mm；
(2)制备铜-石墨复合层：将镀铜的石墨片与铜粉混合均匀并铺平，形成所述铜-石墨复合层；其厚度在1mm至10mm之间，优选1mm至3mm；
(3)将步骤(1)中获得的铜-石墨烯复合层与步骤(2)中获得的铜-石墨复合层相间堆叠并热压烧结，形成本发明提供的石墨-石墨烯-金属复合材料。
优选地，所述石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法，其步骤(1)并将40-350层所述沉积有石墨烯层的铜箔叠加在一起，形成所述铜-石墨烯复合层。
优选地，所述石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法，其所述用于形成所述铜-石墨烯复合层的厚度在20μm至30μm之间。
优选地，所述石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法，其所述用于形成所述铜-石墨复合层的石墨片所述镀铜的石墨粉表面镀层厚度在0.1μm至0.3μm；所述镀铜的石墨粉的平均直径在400μm至1000μm之间，所述石墨粉体的厚度为10μm至50μm，长径比在20-80之间。
优选地，所述石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法，其步骤(2)将镀铜的石墨片与铜粉混合均匀并铺平后预烧结，形成所述铜-石墨复合层。
优选地，所述石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法，其步骤(2)所述镀铜的石墨片与铜粉混合均匀并铺平后，通过震荡使得所述镀有铜的石墨片取向一致。
优选地，所述石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法，其步骤(2)将所述镀铜的石墨片与铜粉混合后，在两层金属铜箔之间铺平；所述铜箔厚度优选在20μm-100μm。
优选地，所述石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法，其步骤(3)在铜-石墨烯复合层与铜-石墨复合层之间铺设铜箔堆叠；所述铜箔厚度优选在10μm-20μm。
优选地，所述石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法，其步骤(3)所述热压烧结具体步骤如下：
热压炉的压力为40-60MPa，抽真空度约为10-220Pa，升温速率为5-15℃/min，升温至850-1050℃，保温20-120min进行烧结，然后自然冷却后取出样品。
按照本发明的另一个方面，提供了一种石墨-石墨烯-金属复合材料，其按照本发明提供的石墨-石墨烯-金属复合材料制备方法制备；优选地，所述复合材料沿平行于X-Y方向的热导率500-650W/m·K，电阻率1.62-1.65(μΩ·cm)。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明提供的石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法，通过叠加复合导性能和导电性能高优异的结构层，形成导热通道和导电通道互不影响的结构化各向异性材料，同时由于金属基相同，结构层之间结合紧密，整体机械性能、加工性能良好，复合材料整体表现出优异的导热、导电性能，能满足现代电子工业化的需求；优选方案，通过不同的方法提高了结构层的形态规程成都，进一步提高了材料的导电、导热性能。本发明简单快速、成本低、适合复杂形状的制备且适宜大规模推广。
附图说明
图1是本发明实施例1制备高导热高导电复合材料的结构示意图；
图2是本发明实施例2制备高导热高导电复合材料的结构示意图；
图3是本发明实施例3制备高导热高导电复合材料的结构示意图；
图4是本发明实施例4用于制备高导热高导电复合材料的设备示意图；
图5是本发明实施例4制备高导热高导电复合材料的设备示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备铜-石墨烯复合层：在铜箔上沉积石墨烯，并将多层所述沉积有石墨烯层的铜箔叠加在一起，形成所述铜-石墨烯复合层；使得所述铜-石墨烯复合层厚度在1mm至8mm，优选1mm-3mm；所述铜箔厚度在20μm至30μm，所述多层优选为40-350层，优选40层至120层。
(2)制备铜-石墨复合层：将镀铜的石墨片与铜粉混合均匀并铺平，优选平铺后预烧结，形成所述铜-石墨复合层；其厚度在1mm至10mm之间，优选1mm至3mm；所述镀铜的石墨粉表面镀层厚度在0.1μm至0.3μm；所述镀铜的石墨粉的平均直径优选在400μm至1000μm之间，所述石墨粉体的厚度为10μm至50μm，长径比在20-80之间。优选地，所述镀铜的石墨片与铜粉混合均匀并铺平后，通过震荡使得所述镀有铜的石墨片取向一致；更优选地，将所述镀铜的石墨片与铜粉混合后，在两层金属铜箔之间铺平，所述铜箔厚度在20μm-100μm。
(3)将步骤(1)中获得的铜-石墨烯复合层与步骤(2)中获得的铜-石墨复合层相间堆叠并热压烧结，形成本发明提供的石墨-石墨烯-金属复合材料；优选在铜-石墨烯复合层与铜-石墨复合层之间铺设铜箔堆叠。热压炉的压力为40-60MPa，抽真空度约为10-220Pa，升温速率为5-20℃/min，升温至850-1050℃，保温20-120min进行烧结，然后自然冷却后取出样品。
为了减少多层叠加时导致的导热通道和导电通道相互影响，各层必须在良好的结合性能之下尽可能的保持平整，避免导热通道和到点通道的相互影响，从而保证导热能力和导电能力都得到有效提高。因此本发明提供的复合材料在每层的厚度选择和铜-石墨复合层与铜-石墨烯复合层之间复合时的工艺手段，保证铜-石墨复合层与铜-石墨烯复合层各自的平整和他们之间的结合强度时本发明的关键之所在。本发明首先分别对于铜-石墨复合层、铜石墨烯复合层的厚度、原材料参数选择、各层的制备工艺等方面保证各自的强度，从而在最终热压烧结时保证规整的形态。优选方案，对于铜-石墨复合层为了提高其在堆叠及热压烧结时的形态规整程度，采用预烧结的手段，加强复合层内部的结合紧密程度，减小在最终烧结时该层的流动性，从而提高层中及层间的规整程度。更优选方案，在对铜-石墨复合层预烧结时，以及两种材料成堆叠后最终烧结时，可通过铺垫冗余的铜箔，从减小热压烧结时层内形变避免由于烧结时金属流动导致的通道相互影响。
本发明提供的石墨-石墨烯-金属复合材料在导热性和导电性方面，均得到了有效提升，所述复合材料沿平行于X-Y方向即压合后的平面方向(Z为平面方向的垂直方向))的热导率500-650W/m·K，X-Y方向电阻率(压合后的平面方向，Z就是垂直方向)1.62-1.65(μΩ·cm)。
本发明中，可通过控制石墨烯叠层厚度或者对粉料的厚度进行调整。进而来调整整个材料的导热性和导电性。
以下为实施例：
实施例1
一种高导热高导电复合材料的制备
第一步：将铜箔放入化学气象沉积设备，抽真空，加热到1000℃，然后通入甲烷40sccm，氩气400sccm，氢气60sccm，保温5min后，迅速把铜箔从加热区抽出到低温区域进行冷却，得到单层的铜-石墨烯叠层材料。
第二步：重复第一步，得到多片表面复合有石墨烯的铜箔。将120片该复合有石墨烯的铜箔叠加起来，得到多层的铜-石墨烯叠层材料(1)，厚度在3mm。
第三步：取平均直径为500μm的鳞片状石墨粉。先用200g/L的NaOH溶液将石墨粉浸泡40min去脂，然后水洗至中性；再用20％(浓硝酸与水的体积比为1：4)的HNO。溶液煮沸15～20min，然后水洗至中性，在100℃烘干。在800mL蒸馏水中加入8g CuSO4·5H2O和15mL浓硫酸配制成电镀液，加入5g石墨粉，控制电流密度为9A/dm2，时间为80min，每10min搅拌1min。电镀结束后，水洗至中性，用0.5％的苯并三氮唑(BTA)作钝化剂进行钝化，温度55℃，时间5min，在100℃烘干。得到镀有铜的石墨粉，镀铜厚度0.2μm。
第四步：将第三步的镀膜完成的石墨粉与金属铜粉混合，在混合粉体中滴入少量无水乙醇，然后在混料机上混均匀，将混合后的粉体倒入石墨模具中进行反复的震荡，以保证石墨片取向的一致性。然后放入石墨模具中，模具为特殊制造的耐高温强度较高的石墨模具。热压模具放入真空干燥箱中，在50℃温度下保温1小时，使模具中的酒精彻底挥发。将烘干后的装好共混物取出(2)。
第五步：将二步骤中的叠层材料放在和第四步骤中的混合粉体进行(1)(2)(1)的方式叠加。
第六步：将叠加好的复合材料进行热压烧结，将上述制备的复合材料放置在热压炉中，其中热压炉的压力为40-60MPa，抽真空度约为10-220Pa，升温速率为15℃/min，升温至850-1200℃，保温20-120min进行烧结。然后自然冷却后取出样品。形成高导热-高导电的复合材料(图1)。
所述复合材料沿平行于X-Y方向的热导率500-600W/m·K，电阻率1.62-1.64(μΩ·cm)。
实施例2
一种高导热高导电复合材料的制备
第一步：将铜箔放入化学气象沉积设备，抽真空，加热到1000℃，然后通入甲烷40sccm，氩气400sccm，氢气60sccm，保温5min后，迅速把铜箔从加热区抽出到低温区域进行冷却，得到单层的铜-石墨烯叠层材料。
第二步：重复第一步，得到多片表面复合有石墨烯的铜箔。将120片该复合有石墨烯的铜箔叠加起来，得到多层的铜-石墨烯叠层材料(1)，厚度在3mm。
第三步：取平均直径为500μm的鳞片状石墨粉。先用200g/L的NaOH溶液将石墨粉浸泡40min去脂，然后水洗至中性；再用20％(浓硝酸与水的体积比为1：4)的HNO。溶液煮沸15～20min，然后水洗至中性，在100℃烘干。在800mL蒸馏水中加入8g CuSO4·5H2O和15mL浓硫酸配制成电镀液，加入5g石墨粉，控制电流密度为9A/dm2，时间为80min，每10min搅拌1min。电镀结束后，水洗至中性，用0.5％的苯并三氮唑(BTA)作钝化剂进行钝化，温度55℃，时间5min，在100℃烘干。得到镀有铜的石墨粉，镀铜厚度0.2μm。
第四步：将第三步的镀膜完成的石墨粉与金属铜粉混合，在混合粉体中滴入少量无水乙醇，然后在混料机上混均匀，将混合后的粉体倒入石墨模具中进行反复的震荡，以保证石墨片取向的一致性。然后放入石墨模具中，模具为特殊制造的耐高温强度较高的石墨模具。热压模具放入真空干燥箱中，在50℃温度下保温1小时，使模具中的酒精彻底挥发。将烘干后的装好共混物取出(2)。将混合粉体放在两层铜箔之间，铜箔的厚度为40μm。
第五步：将二步骤中的叠层材料放在和第四步骤中的混合粉体进行(1)(2)(1)的方式叠加。
第六步：将叠加好的复合材料进行热压烧结，将上述制备的复合材料放置在热压炉中，其中热压炉的压力为40-60MPa，抽真空度约为10-220Pa，升温速率为15℃/min，升温至850-1200℃，保温20-120min进行烧结。然后自然冷却后取出样品。形成高导热-高导电的复合材料(图2)。
所述复合材料沿平行于X-Y方向的热导率500-650W/m·K，电阻率X-Y方向1.62-1.65(μΩ·cm)。
实施例3：
一种高导热高导电复合材料的制备
第一步：将铜箔放入化学气象沉积设备，抽真空，加热到1000℃，然后通入甲烷40sccm，氩气400sccm，氢气60sccm，保温5min后，迅速把铜箔从加热区抽出到低温区域进行冷却,得到单层的铜-石墨烯叠层材料。
第二步：重复第一步，得到多片表面复合有石墨烯的铜箔。将280片该复合有石墨烯的铜箔叠加起来，得到多层的铜-石墨烯叠层材料(1)，厚度在7mm。
第三步：取粒径为900μm的鳞片状石墨粉。先用200g/L的NaOH溶液将石墨粉浸泡40min去脂，然后水洗至中性；再用20％(浓硝酸与水的体积比为1：4)的HNO。溶液煮沸20min，然后水洗至中性，在120℃烘干。在800mL蒸馏水中加入8g CuSO4·5H2O和15mL浓硫酸配制成电镀液，加入5-7g石墨粉，控制电流密度为9A/dm2，时间为80min，每10min搅拌1min。电镀结束后，水洗至中性，用0.5％的苯并三氮唑(BTA)作钝化剂进行钝化，温度55℃，时间5min，在100℃烘干。得到镀有铜的石墨粉，镀铜厚度0.3μm。
第四步：将第二步的镀膜完成的石墨片与金属铜粉混合，在混合粉体中滴入少量无水乙醇，然后在混料机上混均匀，将混合后的粉体倒入石墨模具中进行反复的震荡，以保证石墨片取向的一致性。然后放入石墨模具中，模具为特殊制造的耐高温强度较高的石墨模具。热压模具放入真空干燥箱中，在50℃温度下保温1小时，使模具中的酒精彻底挥发。将烘干后的装好共混物取出。
第五步：将第四步的混合好的材料进行热压烧结，将上述制备的复合材料放置在热压炉中，其中热压炉的压力为40-60MPa，抽真空度约为10-220Pa，升温速率为15℃/min，升温至850-1050℃，保温20-120min进行烧结。然后自然冷却后取出样品，形成高导热-高导电的复合材料(2)。
第六步：将第二步骤中的叠层材料放在和第五步骤中的混合粉体进行(1)、铜箔、(2)、铜箔、(1)的方式叠加,所述铜箔的厚度为80μm。
第七步：将叠加好的复合材料进行热压烧结，将上述制备的复合材料放置在热压炉中，其中热压炉的压力为40-60MPa，抽真空度约为10-220Pa，升温速率为15℃/min，升温至850-1050℃，保温20-120min进行烧结。然后自然冷却后取出样品。形成高导热-高导电的复合材料(图3)。
所述复合材料沿平行于X-Y方向的热导率500-650W/m·K，电阻率X-Y方向1.62-1.65(μΩ·cm)。
实施例4：
一种高导热高导电复合材料的制备
本方法是采用一种设备的方式进行，具体设备如图4。在惰性气体保护下采用定向场将所述烧结层加热至烧结；所述定向场为激光和/或微波。金属原料层：光斑直径20mm，输出功率400W，扫描速度60mm/s，扫描间距：0.1mm.石墨与金属混合层：光斑直径0.8mm，输出功率150W，扫描速度3mm/s，扫描间距0.15mm。
制备步骤：
第一步：将铜箔放入化学气象沉积设备，抽真空，加热到1000℃，然后通入甲烷40sccm，氩气400sccm，氢气60sccm，保温5min后，迅速把铜箔从加热区抽出到低温区域进行冷却,得到单层的铜-石墨烯叠层材料。
第二步：重复第一步，得到多片表面复合有石墨烯的铜箔。将50片该复合有石墨烯的铜箔叠加起来，得到多层的铜-石墨烯叠层材料(1)，厚1.25mm。
第三步：取粒径为200μm的鳞片状石墨粉。先用200g/L的NaOH溶液将石墨粉浸泡40min去脂，然后水洗至中性；再用20％(浓硝酸与水的体积比为1：4)的HNO。溶液煮沸20min，然后水洗至中性，在120℃烘干。在800mL蒸馏水中加入8g CuSO4·5H2O和15mL浓硫酸配制成电镀液，加入7g石墨粉，控制电流密度为9A/dm2，时间为80min，每10min搅拌1min。电镀结束后，水洗至中性，用0.5％的苯并三氮唑(BTA)作钝化剂进行钝化，温度55℃，时间5min，在100℃烘干。得到镀有铜的石墨粉，镀铜厚度0.2μm。
第四步：将第二步的镀膜完成的石墨片与金属铜粉混合，在混合粉体中滴入少量无水乙醇，然后在混料机上混均匀，将混合后的粉体倒入石墨模具中进行反复的震荡，以保证石墨片取向的一致性。然后放入石墨模具中，模具为特殊制造的耐高温强度较高的石墨模具。热压模具放入真空干燥箱中，在50℃温度下保温1小时，使模具中的酒精彻底挥发。将烘干后的装好共混物取出(2)。
第五步：将第四步制备好的混合物放入容器A中进行预烧结
第六步：先将制备好的样品(1)平铺在基板上；之后再将容器A的石墨粉末和金属混合粉末按照设定的轨迹铺开，采用激光进行烧结，重复上述过程至所需厚度，再将制备好的样品(1)放在烧结好的样品上。在整个制造过程中气氛为氩气气氛灯保护性气氛中。
第七步：将叠加好的复合材料进行热压烧结，将上述制备的复合材料放置在热压炉中，其中热压炉的压力为40-60MPa，抽真空度约为10-220Pa，升温速率为15℃/min，升温至850-1050℃，保温20-120min进行烧结。然后自然冷却后取出样品。形成高导热-高导电的复合材料(图5)。
所述复合材料沿平行于X-Y方向的热导率500-650W/m·K，电阻率X-Y方向1.62-1.65(μΩ·cm)。
实施例4和实施例1通过预烧结操作使得导热通道构建更加规整，实施例2和实施例1通过铺铜箔减少了热压烧结时因金属流动带来的通道结构破坏，因此取得了较好的热导率和电阻率提升效果。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在铜箔上沉积石墨烯，并将多层所述沉积有石墨烯层的铜箔叠加在一起，形成所述铜-石墨烯复合层；使得所述铜-石墨烯复合层厚度在1mm至8mm，优选1mm至3mm；
(2)制备铜-石墨复合层：将镀铜的石墨片与铜粉混合均匀并铺平，形成所述铜-石墨复合层；其厚度在1mm至10mm之间，优选1mm至3mm；
(3)将步骤(1)中获得的铜-石墨烯复合层与步骤(2)中获得的铜-石墨复合层相间堆叠并热压烧结，形成本发明提供的石墨-石墨烯-金属复合材料。
2.如权利要求1所述的石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)并将40-350层所述沉积有石墨烯层的铜箔叠加在一起，形成所述铜-石墨烯复合层。
3.如权利要求1所述的石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法，其特征在于，所述用于形成所述铜-石墨烯复合层的厚度在20μm至30μm之间。
4.如权利要求1所述的石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法，其特征在于，所述用于形成所述铜-石墨复合层的石墨片所述镀铜的石墨粉表面镀层厚度在0.1μm至0.3μm；所述镀铜的石墨粉的平均直径在400μm至1000μm之间，所述石墨粉体的厚度为10μm至50μm，长径比在20-80之间。
5.如权利要求1所述的石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)将镀铜的石墨片与铜粉混合均匀并铺平后预烧结，形成所述铜-石墨复合层。
6.如权利要求1所述的石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述镀铜的石墨片与铜粉混合均匀并铺平后，通过震荡使得所述镀有铜的石墨片取向一致。
7.如权利要求1所述的石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)将所述镀铜的石墨片与铜粉混合后，在两层金属铜箔之间铺平；所述铜箔厚度优选在20μm-100μm。
8.如权利要求1所述的石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)在铜-石墨烯复合层与铜-石墨复合层之间铺设铜箔堆叠；所述铜箔厚度优选在10μm-20μm。
9.如权利要求1所述的石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述热压烧结具体步骤如下：
热压炉的压力为40-60MPa，抽真空度约为10-220Pa，升温速率为5-20℃/min，升温至850-1050℃，保温20-120min进行烧结，然后自然冷却后取出样品。
10.一种石墨-石墨烯-金属复合材料，其特征在于，按照如权利要求1至9任意一项所述的方法制备；优选地，所述复合材料沿平行于X-Y方向的热导率500-650W/m·K，电阻率1.62-1.65(μΩ·cm)。
CN201911335176.1A 2019-12-23 2019-12-23 一种石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法 Active CN111069611B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911335176.1A CN111069611B (zh) 2019-12-23 2019-12-23 一种石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911335176.1A CN111069611B (zh) 2019-12-23 2019-12-23 一种石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111069611A true CN111069611A (zh) 2020-04-28
CN111069611B CN111069611B (zh) 2021-07-30

Family

ID=70317121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911335176.1A Active CN111069611B (zh) 2019-12-23 2019-12-23 一种石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111069611B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113909476A (zh) * 2020-07-10 2022-01-11 上海新池能源科技有限公司 结构化铜基上生长石墨烯的方法、电缆芯材及其制备方法
CN115519840A (zh) * 2022-09-22 2022-12-27 北京石墨烯技术研究院有限公司 金属石墨烯复合材料及其制备方法、应用和电子元器件
WO2023029908A1 (zh) * 2021-08-31 2023-03-09 华为技术有限公司 复合铜箔结构、其制备方法及覆铜箔层压板和印刷电路板
CN116634618A (zh) * 2023-07-19 2023-08-22 绵阳中物烯科技有限公司 一种基于石墨烯的层叠式发热的电阻器及电热系统

Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006001232A (ja) * 2004-06-21 2006-01-05 Hitachi Metals Ltd 高熱伝導・低熱膨脹複合体およびその製造方法
US20120324703A1 (en) * 2009-11-06 2012-12-27 The Boeing Company Graphene nanoplatelet metal matrix
CN105984179A (zh) * 2015-03-06 2016-10-05 兰州空间技术物理研究所 一种热沉材料及其制备方法
CN106521230A (zh) * 2016-12-06 2017-03-22 湖南科技大学 一种垂直定向散热用的石墨鳞片/铜复合材料及其制备方法
CN106636989A (zh) * 2017-01-09 2017-05-10 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种高强度、高导热石墨‑铜复合材料的制备方法
US20170129009A1 (en) * 2015-11-09 2017-05-11 Delavan Inc Additive manufacture of electrically conductive materials
CN107134376A (zh) * 2017-03-10 2017-09-05 昆明贵金属研究所 一种层状Cu/Ag‑Ti2AlN电接触复合材料及其制备方法
CN107502767A (zh) * 2016-06-14 2017-12-22 宁波晨鑫维克工业科技有限公司 一种定向超高导热、高强度石墨‑铜复合材料及其制备方法和应用
US20180108449A1 (en) * 2014-11-12 2018-04-19 Korea Institute Of Machinery & Materials Thermoelectric composite material and method for preparing thermoelectric composite material
CN108000977A (zh) * 2018-01-03 2018-05-08 梧州三和新材料科技有限公司 一种具有泡沫金属夹层的多层石墨片高导热材料及其制备方法
CN108193065A (zh) * 2017-12-29 2018-06-22 中南大学 一种石墨烯增强铜基复合材料的制备方法
CN109047754A (zh) * 2018-08-30 2018-12-21 兰州交通大学 一种高导热片状石墨/石墨烯/金属复合材料的制备方法
CN109332705A (zh) * 2018-10-29 2019-02-15 南京工程学院 石墨烯改性铜-钼-铜复合材料及其制备方法
CN109811175A (zh) * 2019-03-26 2019-05-28 重庆大学 一种石墨烯-铜复合材料制备方法
CN110284019A (zh) * 2019-07-11 2019-09-27 长飞光纤光缆股份有限公司 一种在金属中定向掺杂石墨的方法
CN110371955A (zh) * 2019-07-22 2019-10-25 长飞光纤光缆股份有限公司 一种石墨烯-金属复合材料的制备方法
CN110578065A (zh) * 2019-09-11 2019-12-17 燕山大学 一种石墨烯增强铜基复合材料的制备方法

Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006001232A (ja) * 2004-06-21 2006-01-05 Hitachi Metals Ltd 高熱伝導・低熱膨脹複合体およびその製造方法
US20120324703A1 (en) * 2009-11-06 2012-12-27 The Boeing Company Graphene nanoplatelet metal matrix
US20180108449A1 (en) * 2014-11-12 2018-04-19 Korea Institute Of Machinery & Materials Thermoelectric composite material and method for preparing thermoelectric composite material
CN105984179A (zh) * 2015-03-06 2016-10-05 兰州空间技术物理研究所 一种热沉材料及其制备方法
US20170129009A1 (en) * 2015-11-09 2017-05-11 Delavan Inc Additive manufacture of electrically conductive materials
CN107502767A (zh) * 2016-06-14 2017-12-22 宁波晨鑫维克工业科技有限公司 一种定向超高导热、高强度石墨‑铜复合材料及其制备方法和应用
CN106521230A (zh) * 2016-12-06 2017-03-22 湖南科技大学 一种垂直定向散热用的石墨鳞片/铜复合材料及其制备方法
CN106636989A (zh) * 2017-01-09 2017-05-10 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种高强度、高导热石墨‑铜复合材料的制备方法
CN107134376A (zh) * 2017-03-10 2017-09-05 昆明贵金属研究所 一种层状Cu/Ag‑Ti2AlN电接触复合材料及其制备方法
CN108193065A (zh) * 2017-12-29 2018-06-22 中南大学 一种石墨烯增强铜基复合材料的制备方法
CN108000977A (zh) * 2018-01-03 2018-05-08 梧州三和新材料科技有限公司 一种具有泡沫金属夹层的多层石墨片高导热材料及其制备方法
CN109047754A (zh) * 2018-08-30 2018-12-21 兰州交通大学 一种高导热片状石墨/石墨烯/金属复合材料的制备方法
CN109332705A (zh) * 2018-10-29 2019-02-15 南京工程学院 石墨烯改性铜-钼-铜复合材料及其制备方法
CN109811175A (zh) * 2019-03-26 2019-05-28 重庆大学 一种石墨烯-铜复合材料制备方法
CN110284019A (zh) * 2019-07-11 2019-09-27 长飞光纤光缆股份有限公司 一种在金属中定向掺杂石墨的方法
CN110371955A (zh) * 2019-07-22 2019-10-25 长飞光纤光缆股份有限公司 一种石墨烯-金属复合材料的制备方法
CN110578065A (zh) * 2019-09-11 2019-12-17 燕山大学 一种石墨烯增强铜基复合材料的制备方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113909476A (zh) * 2020-07-10 2022-01-11 上海新池能源科技有限公司 结构化铜基上生长石墨烯的方法、电缆芯材及其制备方法
CN113909476B (zh) * 2020-07-10 2024-04-12 上海新池能源科技有限公司 结构化铜基上生长石墨烯的方法、电缆芯材及其制备方法
WO2023029908A1 (zh) * 2021-08-31 2023-03-09 华为技术有限公司 复合铜箔结构、其制备方法及覆铜箔层压板和印刷电路板
CN115519840A (zh) * 2022-09-22 2022-12-27 北京石墨烯技术研究院有限公司 金属石墨烯复合材料及其制备方法、应用和电子元器件
CN116634618A (zh) * 2023-07-19 2023-08-22 绵阳中物烯科技有限公司 一种基于石墨烯的层叠式发热的电阻器及电热系统
CN116634618B (zh) * 2023-07-19 2023-10-17 绵阳中物烯科技有限公司 一种基于石墨烯的层叠式发热的电阻器及电热系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN111069611B (zh) 2021-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111069611B (zh) 一种石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法
CN110438444B (zh) 一种镀钨金刚石颗粒、镀钨方法、其作为铜基增强相的应用及得到的金刚石/铜复合材料
CN103879119B (zh) 印刷电路板、高填充性电磁屏蔽膜及其制造方法
CN112981159B (zh) 一种石墨烯增强铜基复合材料的制备方法
CN105112754A (zh) 三维网络金刚石骨架增强金属基复合材料及制备方法
CN102503579A (zh) 低温烧结制备金属化陶瓷基板方法
CN106847767A (zh) 一种石墨铜箔复合散热片
CN110438457B (zh) 一种改性金刚石颗粒、改性方法、作为增强相的应用及得到的金属基复合材料
CN109354512A (zh) 一种高导热氮化硅陶瓷表面化学镀铜的制备方法
CN101287334B (zh) 高导热电路基板的制作方法
TW202101686A (zh) 一種具有厚銅結構的陶瓷電路板及其製作方法
CN207678068U (zh) 一种超高导热型陶瓷基板
CN114309119A (zh) 石墨烯/铜复合变形铜铬锆合金层状带材及其制备方法
CN107809885B (zh) 一种高结合力的石墨膜金属复合材料的制备方法
CN108200716A (zh) 一种基于石墨烯材质的陶瓷pcb制造工艺
CN112108654A (zh) 一种高导热复合材料的制备方法及石墨-铝金属复合材料
JP6788974B2 (ja) 電子部品
TW202213391A (zh) 高導電率導線、合金與新形狀端電極製作方法
TW201206261A (en) Circuit board containing metallic heat-dissipation layer and its manufacturing method
CN101777621A (zh) 一种用于大功率led封装的高导热基板及制备方法
TWI653307B (zh) 高導電率卑金屬厚膜導電膏之製備方法
CN110957287A (zh) 一种大功率散热器及其制备方法
WO2022246589A1 (zh) 高导电率导线、合金与新形状端电极制作方法
CN111804919B (zh) 高导热石墨-金属复合材料及其制备方法
Gong et al. Multi-scan cyclic voltammetry to roughen the surface of copper foil for application in copper-clad laminates

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20210918

Address after: 614222 No.2, chejian Road, Jiuli Town, Emeishan City, Leshan City, Sichuan Province

Patentee after: Sichuan Lefei Photoelectric Technology Co.,Ltd.

Address before: 430074 No.9, Guanggu Avenue, Donghu New Technology Development Zone, Hongshan District, Wuhan City, Hubei Province

Patentee before: YANGTZE OPTICAL FIBRE AND CABLE JOINT STOCK Ltd.

TR01 Transfer of patent right