CN111107945A

CN111107945A - 用于生产膜的方法

Info

Publication number: CN111107945A
Application number: CN201880060940.6A
Authority: CN
Inventors: 金昭镇; 辛种民; 柳东雨
Original assignee: LG Chem Ltd
Current assignee: LG Chem Ltd
Priority date: 2017-09-22
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2020-05-05
Anticipated expiration: 2038-09-21
Also published as: KR102316016B1; WO2019059731A1; CN111107945B; US20200246873A1; JP2020534188A; KR20190033876A; EP3685929B1; JP7205974B2; EP3685929A1; EP3685929A4

Abstract

本申请提供了用于生产膜的方法。在本申请中，例如，可以提供用于生产可以应用于生产散热材料例如热管的膜的方法。

Description

用于生产膜的方法

技术领域

本申请要求基于于2017年9月22日提交的韩国专利申请第10-2017-0122575号的优先权的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。

本申请涉及用于生产膜的方法。

背景技术

散热材料可以用于各种应用中。例如，由于电池和各种电子设备在运行期间产生热，因此需要能够有效地控制这样的热的材料。

作为典型的散热材料，已知其中在聚合物基体中分散有具有高热导率的陶瓷材料等的膜。然而，这些膜在热导率方面通常不令人满意。

作为另一种散热材料，还已知所谓的热管。这种材料在表现出优异的散热效率的同时还价廉，并因此近来被广泛使用。

然而，热管大多数是厚的，由此应用的用途被限制。

发明内容

技术问题

本申请的目的是提供用于生产膜例如可以用于散热材料例如热管的膜的方法。

技术方案

本申请的生产方法包括以下步骤：将包含导热金属颗粒的浆料直接涂覆在金属基底上，并对其进行烧结以形成多孔金属层。以这种方式，多孔金属层可以在具有薄的厚度的同时具有高的孔隙率和小的孔径，并且还具有优异的与金属基底的粘合性。

在本申请中，术语多孔金属层意指包含金属作为主要组分的多孔结构。在此，金属作为主要组分意指基于金属层的总重量，金属的比率为55重量％或更大、60重量％或更大、65重量％或更大、70重量％或更大、75重量％或更大、80重量％或更大、85重量％或更大、90重量％或更大、或者95重量％或更大。作为主要组分包含的金属的比率的上限没有特别限制，例如可以为100重量％。

术语多孔特性可以意指孔隙率为30％或更大、40％或更大、50％或更大、60％或更大、70％或更大、75％或更大、或者80％或更大的情况。孔隙率的上限没有特别限制，并且可以例如小于约100％，为约99％或更小、约98％或更小、约95％或更小、或者大概约90％或更小。在此，孔隙率可以通过计算金属层的密度以已知的方式计算。

在本申请的生产方法中，浆料主要包含导热金属颗粒。

在一个实例中，金属颗粒的热导率可以为约8W/mK或更大、约10W/mK或更大、约15W/mK或更大、约20W/mK或更大、约25W/mK或更大、约30W/mK或更大、约35W/mK或更大、约40W/mK或更大、约45W/mK或更大、约50W/mK或更大、约55W/mK或更大、约60W/mK或更大、约65W/mK或更大、约70W/mK或更大、约75W/mK或更大、约80W/mK或更大、约85W/mK或更大、或者约90W/mK或更大。金属颗粒的热导率越高，可以获得散热效率越优异的膜，因此，上限没有特别限制，其可以为例如大概约1,000W/mK或更小。

在本说明书中提及的物理特性中，当测量温度影响相关物理特性时，除非另有说明，否则物理特性为在室温下测量的物理特性。术语室温为未经加热或冷却的自然温度，其可以为例如在10℃至30℃范围内的任意温度，或者约23℃或约25℃左右的温度。

金属颗粒的具体种类没有特别限制，只要其具有上述热导率即可，例如，可以为选自铜、金、银、铝、银、镍、铁、钴、镁、钼、钨、铂、镁和锌中的任一者，或者前述中的两者或更多者的合金，但不限于此。

金属颗粒的形状可以考虑期望的多孔金属层的孔隙率、孔径或孔形状来适当地选择。例如，金属颗粒可以具有诸如基本上球状、针状、板状、树枝状或星状的各种形状。

在一个实例中，金属颗粒的平均粒径可以在约100nm至200μm的范围内。在以上范围内，平均粒径可以考虑期望的多孔金属层的孔隙率、孔径或孔形状等来适当地选择。

在一个实例中，浆料可以包含至少一种具有适当的相对磁导率和电导率的金属。如果根据本申请的一个实例在对浆料进行烧结时采用感应加热法，则这样的金属的应用可以顺利地根据相关方法进行烧结。

例如，作为金属，可以使用相对磁导率为90或更大的金属。在此，相对磁导率(μ_r)是相关材料的磁导率(μ)与真空中的磁导率(μ₀)的比率(μ/μ₀)。用于本申请的金属的相对磁导率可以为95或更大、100或更大、110或更大、120或更大、130或更大、140或更大、150或更大、160或更大、170或更大、180或更大、190或更大、200或更大、210或更大、220或更大、230或更大、240或更大、250或更大、260或更大、270或更大、280或更大、290或更大、300或更大、310或更大、320或更大、330或更大、340或更大、350或更大、360或更大、370或更大、380或更大、390或更大、400或更大、410或更大、420或更大、430或更大、440或更大、450或更大、460或更大、470或更大、480或更大、490或更大、500或更大、510或更大、520或更大、530或更大、540或更大、550或更大、560或更大、570或更大、580或更大、或者590或更大。随着相对磁导率具有越高的值，在施加用于以下将描述的感应加热的电磁场时产生越多的热，并因此上限没有特别限制。在一个实例中，相对磁导率的上限可以为例如约300,000或更小。

金属可以为在20℃下具有如下电导率的金属或其合金：约8MS/m或更大、9MS/m或更大、10MS/m或更大、11MS/m或更大、12MS/m或更大、13MS/m或更大、或者14.5MS/m或更大。电导率的上限没有特别限制，并且可以为例如约30MS/m或更小、25MS/m或更小、或者20MS/m或更小。

在本申请中，具有所述相对磁导率和所述电导率的金属也可以简称为导电磁性金属。

通过应用导电磁性金属，当进行以下将描述的感应加热过程时，可以更有效地进行烧结。这样的金属可以例示为镍、铁或钴等，但不限于此。

浆料还可以包含粘合剂。可应用的粘合剂的种类没有特别限制，其可以根据生产浆料时所施加的金属颗粒或分散剂的种类等来适当地选择。粘合剂可以例示为具有含有1至20个碳原子、1至16个碳原子、1至12个碳原子或1至8个碳原子的烷基的烷基纤维素或烷基纤维素铵，例如甲基纤维素、乙基纤维素、羟基丙基甲基纤维素、羟基乙基纤维素或羧基甲基纤维素铵；具有含有1至8个碳原子的亚烷基单元的聚碳酸亚烃酯，例如聚碳酸亚丙酯或聚碳酸亚乙酯；或者基于聚乙烯醇的粘合剂，例如聚乙烯醇或聚乙酸乙烯酯；等等，但不限于此。

浆料中各组分的比率没有特别限制。该比率可以考虑使用浆料的过程时的过程效率例如涂覆特性和可成型性来调节。

例如，在浆料中，相对于100重量份的上述金属颗粒，粘合剂可以以约5重量份至200重量份的比率包含在内。在另一个实例中，该比率可以为约10重量份或更大、约15重量份或更大、约20重量份或更大、或者约25重量份或更大，或者可以为约190重量份或更小、180重量份或更小、170重量份或更小、160重量份或更小、150重量份或更小、140重量份或更小、130重量份或更小、120重量份或更小、110重量份或更小、100重量份或更小、90重量份或更小、80重量份或更小、70重量份或更小、60重量份或更小、50重量份或更小、或者40重量份或更小。

在本说明书中，除非另有说明，否则单位重量份意指各组分之间的重量比。

浆料还可以包含分散剂。在此，作为分散剂，例如可以应用醇。作为醇，可以使用具有1至20个碳原子的一元醇，例如甲醇、乙醇、丙醇、戊醇、辛醇、乙二醇、丙二醇、戊醇、2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇、2-丁氧基乙醇、甘油、texanol或萜品醇；或者具有1至20个碳原子的二元醇，例如乙二醇、丙二醇、己二醇、辛二醇或戊二醇；或者多元醇；等等，但种类不限于上述。

在浆料中，相对于100重量份的金属颗粒，分散剂可以以约10重量份至500重量份的比率包含在内。在另一个实例中，该比率可以为约20重量份或更大、30重量份或更大、40重量份或更大、50重量份或更大、60重量份或更大、70重量份或更大、80重量份或更大、90重量份或更大、100重量份或更大、110重量份或更大、120重量份或更大、130重量份或更大、140重量份或更大、150重量份或更大、或者160重量份或更大，并且可以为约490重量份或更小、480重量份或更小、470重量份或更小、460重量份或更小、450重量份或更小、440重量份或更小、430重量份或更小、420重量份或更小、410重量份或更小、400重量份或更小、390重量份或更小、380重量份或更小、370重量份或更小、360重量份或更小、350重量份或更小、340重量份或更小、330重量份或更小、320重量份或更小、310重量份或更小、300重量份或更小、290重量份或更小、280重量份或更小、270重量份或更小、260重量份或更小、250重量份或更小、240重量份或更小、230重量份或更小、220重量份或更小、210重量份或更小、200重量份或更小、190重量份或更小、或者大概180重量份或更小。

如有必要，浆料还可以包含溶剂。作为溶剂，可以考虑浆料组分例如金属颗粒或粘合剂的溶解性等来使用适当的溶剂。例如，作为溶剂，可以使用介电常数在约10至120范围内的那些。在另一个实例中，介电常数可以为约20或更大、约30或更大、约40或更大、约50或更大、约60或更大、或者约70或更大，或者可以为约110或更小、约100或更小、或者约90或更小。这样的溶剂可以例示为水、具有1至8个碳原子的醇(例如乙醇、丁醇或甲醇)、DMSO(二甲基亚砜)、DMF(二甲基甲酰胺)或NMP(N-甲基吡咯烷酮)等，但不限于此。

当施加溶剂时，相对于100重量份的粘合剂，其可以以约50重量份至400重量份的比率存在于浆料中，但不限于此。

除了上述组分之外，浆料还可以包含另外需要的已知添加剂。

本申请包括将这样的浆料图案印刷在金属基底上的步骤。在此，图案印刷意指以预定的图案在金属基底上形成浆料。此时，待施加的图案的形状没有特别限制，其可以考虑膜的应用用途等来选择。例如，可以将膜应用于热管的制造，并且在这种情况下，多孔金属层可以充当热管的所谓的芯。在热管中，芯可以用作流体等移动通过的通道，并且可以确定图案使得流体的流动可以顺利地进行。在相关工业中已知可以顺利进行流体的流动的各种图案，并且在本申请中，可以应用所有这些内容。

将浆料图案印刷在基底上的方法没有特别限制，这可以通过使用适当的印刷装置例如各种分散器等来进行。

也可以使用导热基底作为金属基底。在一个实例中，基底的热导率可以为约8W/mK或更大、约10W/mK或更大、约15W/mK或更大、约20W/mK或更大、约25W/mK或更大、约30W/mK或更大、约35W/mK或更大、约40W/mK或更大、约45W/mK或更大、约50W/mK或更大、约55W/mK或更大、约60W/mK或更大、约65W/mK或更大、约70W/mK或更大、约75W/mK或更大、约80W/mK或更大、约85W/mK或更大、或者约90W/mK或更大。随着金属基底的热导率越高，可以获得具有越优异的散热效率的膜，因此上限没有特别限制，其可以为例如大概约1,000W/mK或更小。

金属基底的具体类型没有特别限制，只要其具有上述热导率即可，其可以为例如选自以下的任一者的基底：SUS(不锈钢)、铜、金、银、铝、银、镍、铁、钴、镁、钼、钨、铂、镁和锌、或者其两者或更多者的合金，但不限于此。

在一个实例中，金属基底可以为与浆料中的导热颗粒相同的材料，或者可以为不同材料的基底。

在本申请中，多孔金属层通过将浆料图案印刷在如上金属基底上然后对印刷的浆料进行烧结的过程来形成。图1示意性地示出了将浆料(200)图案印刷在金属基底(100)上并对其进行烧结以形成金属层(300)的过程。

如有必要，还可以在印刷过程与烧结过程之间进行在适当条件下干燥印刷的浆料的步骤。当进行干燥过程时，条件没有特别限制，例如，其可以在约20℃至150℃左右范围内的温度下进行约20分钟至5小时左右，但不限于此。

在此，进行烧结的方法没有特别限制，并且可以应用其中考虑印刷的浆料的材料组成或形状来施加适当的热的已知烧结方法。此时，待施加的烧结温度和烧结时间没有特别限制，这可以考虑浆料的材料组成或形状来设定。

作为与现有已知方法不同的方法，在本申请中，烧结可以通过感应加热法来进行。即，如上所述，当浆料包含导电磁性金属时，可以应用感应加热法。通过这样的方法，可以顺利地制造具有优异的机械特性并且其孔隙率被控制在期望水平以及包含均匀形成的孔的金属层。

在此，感应加热是当施加电磁场时由特定金属产生热的现象。例如，如果将电磁场施加至具有适当的电导率和磁导率的金属，则在金属中产生涡电流，并且由于金属的电阻而发生焦耳加热。在本申请中，可以进行通过这样的现象的烧结过程。在本申请中，通过应用这样的方法，可以在短时间内进行金属泡沫的烧结，从而确保可加工性，并且同时可以生产在呈具有高孔隙率的薄膜的形式的同时具有小的孔径和优异的与金属基底的粘合性的金属泡沫。

因此，烧结过程可以包括向经图案印刷的浆料施加热或电磁场的步骤。在此，施加热可以通过使用适当的装置例如烘箱在约300℃至2,000℃范围内的温度下处理经图案印刷的浆料30分钟至10小时范围内的时间来进行。

此外，由于通过施加电磁场在导电磁性金属中的感应加热现象而发生焦耳加热，由此可以对结构进行烧结。此时，用于施加电磁场的条件没有特别限制，因为其根据浆料中导电磁性金属的种类和比率来确定。例如，感应加热可以使用形成为线圈等形式的感应加热器来进行。此外，感应加热可以例如通过施加100A至1,000A左右的电流来进行。在另一个实例中，施加的电流的大小可以为900A或更小、800A或更小、700A或更小、600A或更小、500A或更小、或者400A或更小。在另一个实例中，电流的大小可以为约150A或更大、约200A或更大、或者约250A或更大。

感应加热可以例如在约100kHz至1,000kHz的频率下进行。在另一个实例中，频率可以为900kHz或更小、800kHz或更小、700kHz或更小、600kHz或更小、500kHz或更小、或者450kHz或更小。在另一个实例中，频率可以为约150kHz或更大、约200kHz或更大、或者约250kHz或更大。

用于感应加热的电磁场的施加可以在例如约1分钟至10小时的范围内进行。在另一个实例中，施加时间可以为约10分钟或更长、约20分钟或更长、或者约30分钟或更长。在另一个实例中，施加时间可以为约9小时或更短、约8小时或更短、约7小时或更短、约6小时或更短、约5小时或更短、约4小时或更短、约3小时或更短、约2小时或更短、约1小时或更短、或者约30分钟或更短。

如上所述的上述感应加热条件例如施加的电流、频率和施加时间等可以考虑导电磁性金属的种类和比率来改变。

烧结可以通过施加热或电磁场的任一装置来进行，或者也可以通过同时施加二者的方法，即与施加电磁场一起施加适当热的方法来进行。

根据本申请的这样的方法生产的多孔金属层可以在具有薄的厚度的同时具有高的孔隙率和小的孔径，并且还可以具有优异的与金属基底的粘合性。

在一个实例中，金属层在呈多孔的同时可以具有100μm或更小的平均孔径。这样的孔径可以通过例如SEM(扫描电子显微镜)图像分析的方法等来确定。孔径的下限没有特别限制，其可以为例如约1nm至1μm左右。

在一个实例中，金属层的孔隙率可以为约30％或更大。在此，孔隙率可以通过计算金属层的密度以已知的方式来计算。在另一个实例中，孔隙率可以为35％或更大、40％或更大、45％或更大、50％或更大、55％或更大、60％或更大、或者65％或更大，或者可以为99％或更小、95％或更小、90％或更小、85％或更小、80％或更小、或者大概75％或更小。

在一个实例中，金属层的厚度可以为约500μm或更小。在另一个实例中，厚度可以为约450μm或更小、400μm或更小、350μm或更小、300μm或更小、250μm或更小、200μm或更小、或者150μm或更小。厚度的下限没有特别限制，其可以为例如约1μm或更大、5μm或更大、或者大概10μm或更大。

以这样的方式生产的本申请的膜可以应用于各种应用，其中一个实例是应用于热管的制造。在这种情况下，需要将以这样的方式生产的两个膜彼此附接的过程，其中该过程描述于例如图2中。图2示意性地示出了将两个膜彼此附接的过程，其中在每个膜中，在金属基底(100)上形成有金属层(300)。

即，本申请还可以包括以下步骤：将通过以上方法生产的两个膜的金属基底的边缘在膜被定位成使得形成在各膜上的多孔金属层彼此面对的状态下接合。

在此，将金属基底的边缘接合的方法没有特别限制，并且可以应用已知的金属附接方法例如焊接。

有益效果

在本申请中，例如，可以提供用于生产可以应用于生产散热材料例如热管的膜的方法。

附图说明

图1和2是示意性示出本申请中公开的过程的图。

图3和4是示出实施例中生产的膜的形状的照片。

具体实施方式

在下文中，将通过实施例具体描述本申请，但是本申请的范围不限于以下实施例。

实施例1.

浆料的制备

通过将铜颗粒粉末(热导率：401W/mK，形式：树枝型，平均长度：约40μm)与粘合剂(聚乙酸乙烯酯)和分散剂(萜品醇)共混来制备浆料。在此，铜颗粒粉末的重量为约10g，聚乙酸乙烯酯的重量为约3g，以及分散剂(萜品醇)的重量为约17g。

膜的生产

将制备的浆料图案印刷在作为基底的铜箔上。图案印刷的形式如图3和4所示。随后，将其在约120℃的温度下干燥约1小时以形成生膜。此后，通过在氢气/氩气气氛中在约1000℃的温度下对生膜进行热处理约2小时以除去有机组分来形成多孔铜层。形成的铜层的厚度为约21.5μm，并且孔隙率为约70％左右。

Claims

1.一种用于生产膜的方法，包括以下步骤：将包含导热金属颗粒的浆料图案涂覆在金属基底上，并对经图案涂覆的浆料进行烧结以在所述金属基底上形成多孔金属层。

2.根据权利要求1所述的用于生产膜的方法，其中所述导热金属颗粒为选自以下的任一者、或者两者或更多者的混合物：铁颗粒、钴颗粒、铜颗粒、金颗粒、铝颗粒、银颗粒、镍颗粒、钼颗粒、铂颗粒和镁颗粒。

3.根据权利要求1所述的用于生产膜的方法，其中所述金属颗粒的平均粒径在100nm至200μm的范围内。

4.根据权利要求1所述的用于生产膜的方法，其中所述浆料还包含粘合剂。

5.根据权利要求1所述的用于生产膜的方法，其中所述浆料还包含选自烷基纤维素、聚碳酸亚烃酯、聚乙烯醇和聚乙酸乙烯酯中的一种或更多种粘合剂。

6.根据权利要求4或5所述的用于生产膜的方法，其中相对于100重量份的所述金属颗粒，所述粘合剂以5重量份至200重量份的比率包含在所述浆料中。

7.根据权利要求1所述的用于生产膜的方法，其中所述浆料还包含分散剂。

8.根据权利要求7所述的用于生产膜的方法，其中所述分散剂为醇。

9.根据权利要求7所述的用于生产膜的方法，其中相对于100重量份的所述金属颗粒，所述分散剂以10重量份至500重量份的比率包含在所述浆料中。

10.根据权利要求1所述的用于生产膜的方法，其中形成厚度为500μm或更小的所述多孔金属层。

11.根据权利要求1所述的用于生产膜的方法，其中形成平均孔径为100μm或更小的所述多孔金属层。

12.根据权利要求1所述的用于生产膜的方法，其中形成孔隙率为30％或更大的所述多孔金属层。

13.根据权利要求1所述的用于生产膜的方法，其中所述金属基底为铁基底、SUS基底、铜基底、金基底、铝基底、银基底、镍基底、钼基底、铂基底或镁基底。

14.一种用于制造热管的方法，包括以下步骤：在通过根据权利要求1所述的方法生产的两个膜被定位成使得形成在各膜上的多孔金属层彼此面对的状态下，将所述膜的金属基底的边缘接合。