CN114007852A - 用于制造复合材料的方法和复合材料 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及：用于制造复合材料的方法；和复合材料。本申请中获得的复合材料可以具有高的热传导效率。本申请中获得的复合材料可以确保在氧化和/或高温气氛等中的稳定性。本申请中获得的复合材料具有能够防止尤其是在用作散热材料等时发生剥离问题等的优点。

Description

用于制造复合材料的方法和复合材料
技术领域
本申请要求于2019年6月17日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2019-0071483号的优先权日的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。
本申请涉及用于制造复合材料的方法和复合材料。
背景技术
金属泡沫具有多种且有益的特性，例如轻质特性、能量吸收特性、隔热特性、耐火性或生态友好性。因此，金属泡沫可以应用于多个领域，例如轻质结构、运输机械、建筑材料或能量吸收装置。金属泡沫具有高的比表面积并且可以改善电子或流体(例如液体和气体)的流动。因此，金属泡沫还可以有益地用于热交换装置用基板、催化剂、传感器、致动器、二次电池或微流体流量控制器等。特别地，由于金属泡沫具有显示出高的热导率的金属组分并且具有其中金属组分相互连接的结构，因此其可以主要用作散热材料。
然而，由于金属泡沫内部的孔形成的有些不规则，因此金属泡沫的最外表面不平坦。由于这个原因，当金属泡沫用作热界面材料(thermal interface material，TIM)时，存在与金属泡沫接触的材料的结合面积减小，并因此相关材料的传热效率降低的问题。
发明内容
技术问题
本申请的一个目的是制造具有高的热传导效率的复合材料。
本申请的另一个目的是制造能够确保在氧化和/或高温气氛等中的稳定性的复合材料。
本申请的另一个目的是制造能够防止特别是在用作散热材料时发生剥离问题等的复合材料。
技术方案
本申请涉及用于制造复合材料的方法。本申请的用于制造复合材料的方法包括以下步骤：(a)制备至少金属泡沫；(b)制备包含金属泡沫和可固化聚合物的混合物；以及(c)使混合物中的可固化聚合物固化以获得复合材料。
在本申请中，术语“可固化”可以意指能够通过照射光、施加热、施加外部磁场等而交联和/或固化的特性。即，可固化聚合物可以意指表现出能够通过外部刺激(例如照射光或施加热)而被固化的特性的聚合物。
在本申请中，术语“金属泡沫”意指包含金属作为主要组分的多孔结构。
在此，基于总重量，包含任何组分作为主要组分可以意指该组分的比率为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90重量％或更大且100重量％或更小、99重量％或更小、或者98重量％或更小左右。
在本申请中，术语“多孔特性”可以意指相关材料的孔隙率为10％或更大、20％或更大、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，其可以为例如小于约100％、约99％或更小、或者约98％或更小、95％或更小、90％或更小、85％或更小、80％或更小、或者75％或更小左右。孔隙率可以以已知的方式通过计算金属泡沫的密度等计算。
在本申请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，否则该物理特性在室温下测量。
在此，术语“室温”可以意指没有升温或冷却的自然温度，例如在10℃至30℃的范围内的任一温度或者约23℃或约25℃左右的温度。
本申请的方法还包括平坦化处理(planarization treatment)步骤(d)。在本申请的方法中，通过进行平坦化处理，可以制造具有较低的表面粗糙度并且同时具有改善的热导率的复合材料。
通常，金属泡沫内部的孔形成的有些不规则。因此，金属泡沫的外表面不平坦。由于这个原因，当金属泡沫用作热界面材料(TIM)或散热材料时，存在热传导效率降低的问题。这是因为金属泡沫的外表面不平坦，使得金属泡沫和与金属泡沫接触的材料之间的结合面积减小。为了形成金属泡沫的平坦表面，考虑在不向金属泡沫的表面施加单独外力的情况下添加板状无机纳米颗粒例如纳米黏土的方法。然而，关于以上方法，在改善包含金属泡沫和聚合物组分的复合材料的传热效率方面存在限制，并且存在由于应用另外的组分而使得制造过程成本增加的问题。
因此，作为寻求能够在原样应用现有的金属泡沫的同时产生复合材料的平滑表面的方法的结果，本发明人发明了本发明。具体地，本发明人已经确定通过在复合材料的制造过程中对金属泡沫前体、金属泡沫、金属泡沫和可固化聚合物的混合物、以及复合材料中的至少一者进行平坦化处理，即使用简单的过程也可以获得具有高热导率的复合材料，并发明了本发明。
在本申请中，术语“平坦化处理”被用作包括用于所谓的使待处理的材料的表面“平滑”的一系列处理过程的含义。具体地，术语“平坦化处理”可以意指用于对待处理的材料进行处理使得在其表面上不存在不平坦部分，或者即使存在不平坦部分，也使得其存在比率极小的一系列动作。
在本申请的方法中，平坦化处理步骤(d)在从步骤(a)前至步骤(c)后中的至少一个时间点进行。具体地，在本申请的方法中，平坦化处理步骤(d)在以下时间点(1)至(4)中的至少一个时间点进行：
(1)在制备金属泡沫之前
(2)在制备金属泡沫之后
(3)在制备包含金属泡沫和可固化聚合物的混合物之后
(4)在使包含金属泡沫和可固化聚合物的混合物中的可固化聚合物固化之后
即，在本申请的方法中，平坦化处理过程可以在(i)在制造金属泡沫期间，(ii)在制造金属泡沫之后且在与可固化聚合物混合之前，(iii)在将金属泡沫与可固化聚合物混合期间，(iv)在制造混合物之后，(iv)在可固化聚合物的固化过程期间和/或(v)在制造复合材料之后进行。
同时，从适当调节平坦化处理的程度和根据处理程度使热传导效率的提高最大化的角度出发，平坦化处理步骤可以在金属泡沫上有利地进行。例如，当平坦化处理在金属泡沫的制造过程中进行时，还可能存在金属泡沫的前体从支撑其的基础材料上剥离的问题，并且可能限制平坦化的程度。此外，如果平坦化处理在将金属泡沫与可固化聚合物混合之后且在使其固化之前进行，则可能由于可固化聚合物为液体组分而不容易稳定地进行平坦化处理过程。在将金属泡沫与可固化聚合物混合并使混合物中的可固化聚合物固化然后进行平坦化处理时，因为金属泡沫内部仍然存在弹性可固化聚合物，因此可能不可避免地限制提高平坦化的程度。即，在本申请的一个优选实施方案中，可以优选在内部孔为空的(即金属泡沫)状态下进行平坦化处理，然后进行本申请的复合材料的制造过程。
即，在本申请的方法的一个实例中，步骤(d)可以在步骤(a)与步骤(b)之间进行。即，本申请的方法中应用的示例性金属泡沫可以为经平坦化处理的金属泡沫。
在一个实例中，当本申请的方法对金属泡沫进行平坦化处理时，可以进一步调节进行的程度。例如，当对金属泡沫进行平坦化处理时，可以进行本申请的方法使得金属泡沫的孔隙率在30％至60％的范围内。在另一个实例中，孔隙率可以为35％或更大、或者40％或更大，并且可以为55％或更小、或者50％或更小。
在另一个实例中，当对金属泡沫进行平坦化处理时，可以进行本申请的方法使得金属泡沫的表面粗糙度为6μm或更小。
在本申请中，术语“表面粗糙度”可以意指定量地表示目标材料的表面有多平滑或粗糙的术语。作为表面粗糙度的(1)中心线平均粗糙度(Ra)、(2)最大高度粗糙度(Rmax)和(3)十点平均粗糙度(Rz)等的测量方法是已知的。本申请中应用的表面粗糙度的含义可以意指根据以上方法中的任一者测量的表面粗糙度。在本申请中，实际应用中心线平均粗糙度(Ra)作为表面粗糙度，并且其测量方法与以下要描述的实施例中描述的相同。
在此，通过平坦化处理实现的调节金属泡沫的孔隙率和/或表面粗糙度的方法没有特别限制。孔隙率和/或表面粗糙度可以通过以下描述的适当地调节平坦化处理的具体方法及其条件来调节。
例如，在本申请的制造方法中，平坦化处理步骤可以通过抛光或压制方法等进行。
在此，抛光意指将待处理的物体的表面用另一物体的边缘或表面摩擦以使表面平滑的已知处理方法。作为抛光方法，可以应用所有已知的抛光方法(例如，使用磨料的方法、或应用抛光石的方法等)。
在此，压制可以意指向待处理的物体施加压力并且对从待处理的物体中突出的部分进行压制，从而使表面平坦的过程。压制方法没有特别限制，其中可以应用已知的压制方法。例如，可以应用液压机或辊压机(roll press)作为压制方法。从金属泡沫的薄膜形成的角度出发，可以适当地应用辊压法。例如，在本申请的方法中，通过使预先制造的金属泡沫在压制设备中设置的两个辊之间通过，金属泡沫可以通过辊压法经受压制。
金属泡沫的形状没有特别限制，但在一个实例中，金属泡沫在平坦化处理之前的形状可以为膜或片形状。此外，无论在处理之前的形式如何，经受平坦化处理，具体地压制，更具体地使用辊压机压制的金属泡沫都可以以膜或片的形式存在。此外，可以通过压制来减小金属泡沫的厚度或孔隙率等。
在一个实例中，当金属泡沫在平坦化处理(具体地，压制，更具体地使用辊压机压制)之前呈膜或片形状时，厚度可以为2000μm或更小。在另一个实例中，其可以为1900μm或更小、1800μm或更小、1700μm或更小、1600μm或更小、1500μm或更小、1400μm或更小、1300μm或更小、1200μm或更小、1100μm或更小、或者1000μm或更小，并且可以为10μm或更大、20μm或更大、30μm或更大、40μm或更大、50μm或更大、60μm或更大、70μm或更大、80μm或更大、或者85μm或更大。
在本申请中，构件的厚度可以使用厚度计在相关构件上直接测量，或者通过分析相关构件的照片的方法间接计算等。此外，当相关构件的厚度不恒定时，厚度可以为构件的最大厚度、最小厚度或平均厚度。
在一个实例中，金属泡沫在平坦化处理(具体地，压制，更具体地使用辊压机压制)之前的孔隙率可以为60％或更大。在另一个实例中，孔隙率可以为61％或更大、62％或更大、63％或更大、或者64％或更大，并且可以为小于100％、95％或更小、90％或更小、85％或更小、80％或更小、或者75％或更小。作为测量孔隙率的方法，可以应用上述方法。
如上所述，可以根据平坦化处理(具体地，压制，更具体地，使用辊压机压制)来减小金属泡沫的厚度。因此，在一个实例中，金属泡沫在平坦化处理之后的厚度(TA)与金属泡沫在平坦化处理之前的厚度(TB)的比率(TA/TB)可以为0.9或更小。在另一个实例中，该比率可以为0.87或更小、0.86或更小、0.85或更小、0.84或更小、或者0.83或更小，并且可以为0.05或更大、0.1或更大、0.15或更大、0.2或更大、0.25或更大、0.3或更大、0.35或更大、0.4或更大、0.45或更大。
还可以根据平坦化处理(具体地，压制，更具体地，使用辊压机压制)来减小金属泡沫的孔隙率。因此，在一个实例中，金属泡沫在平坦化处理之后的孔隙率(PA)与金属泡沫在平坦化处理之前的孔隙率(PB)的比率(PA/PB)可以为0.95或更小。在另一个实例中，该比率可以为0.94或更小、0.93或更小、0.92或更小、0.91或更小、或者0.9或更小，并且可以为0.05或更大、0.1或更大、0.15或更大、0.2或更大、0.25或更大、0.3或更大、0.35或更大、0.4或更大、0.45或更大、0.5或更大、0.55或更大、或者0.6或更大。
在本申请中，为了确保适当的热导率等，还可以另外控制金属泡沫的孔特性。例如，金属泡沫可以包含近似球形、针状或无定形的孔等。例如，金属泡沫的最大孔尺寸可以为50μm或更小、45μm或更小、40μm或更小、35μm或更小、或者30μm或更小左右。在另一个实例中，最大孔尺寸可以为2μm或更大、4μm或更大、6μm或更大、8μm或更大、10μm或更大、12μm或更大、14μm或更大、16μm或更大、18μm或更大、20μm或更大、22μm或更大、24μm或更大、或者26μm或更大。
在一个实例中，金属泡沫中的全部孔的85％或更多的孔的尺寸可以为10μm或更小，以及65％或更多的孔的尺寸可以为5μm或更小。在此，孔尺寸为10μm或更小或者5μm或更小的孔的尺寸的下限没有特别限制，但在一个实例中，其可以为大于0μm、0.1μm或更大、0.2μm或更大、0.3μm或更大、0.4μm或更大、0.5μm或更大、0.6μm或更大、0.7μm或更大、0.8μm或更大、0.9μm或更大、1μm或更大、1.1μm或更大、1.2μm或更大、1.3μm或更大、1.4μm或更大、1.5μm或更大、1.6μm或更大、1.7μm或更大、1.8μm或更大、1.9μm或更大、或者2μm或更大。
此外，在此，孔尺寸为10μm或更小的孔可以为全部孔中的100％或更少、95％或更少、或者90％或更少左右，以及孔尺寸为5μm或更小的孔的比率可以为全部孔中的100％或更少、95％或更少、90％或更少、85％或更少、80％或更少、75％或更少、或者70％或更少左右。
期望的复合材料可以通过这样的孔分布或孔特性来制造。当复合材料或金属泡沫呈膜或片的形式时，孔分布可以例如基于膜的长轴方向来确定。
此外，在本申请中，以平坦化处理(具体地，压制，更具体地，使用辊压机压制)的形式应用金属泡沫，使得可以根据平坦化处理使金属泡沫中的孔特性呈紧密形式。例如，经平坦化处理的金属泡沫中包含的孔可以包含最大孔尺寸比平坦化处理之前金属泡沫中包含的孔的最大孔尺寸更小的孔。
例如，金属泡沫在平坦化处理之后的最大孔尺寸(SA)与金属泡沫在平坦化处理之前的最大孔尺寸(SB)的比率(SA/SB)可以为0.9或更小。在另一个实例中，该比率可以为0.85或更小、0.8或更小、0.75或更小、0.7或更小、0.65或更小、0.6或更小、0.55或更小、或者0.5或更小。此外，该比率的下限没有特别限制，但其可以为例如0.05或更大、0.1或更大、0.15或更大、0.2或更大、0.25或更大、0.3或更大、0.35或更大、0.4或更大、0.45或更大。
在一个实例中，金属泡沫在平坦化处理之前的表面粗糙度可以为20μm或更小。在另一个实例中，该值可以为19μm或更小、18μm或更小、17μm或更小、16μm或更小、15μm或更小、14μm或更小、13μm或更小、12μm或更小、11μm或更小、或者10μm或更小，并且可以为5μm或更大、6μm或更大、7μm或更大、或者7.5μm或更大。
此外，由于通过平坦化处理降低了金属泡沫的厚度、孔隙率或最大孔尺寸等，因此通过平坦化处理也可以降低金属泡沫的表面粗糙度。在一个实例中，金属泡沫在平坦化处理之后的表面粗糙度(RA)与金属泡沫在平坦化处理之前的表面粗糙度(RB)的比率(RA/RB)可以为0.9或更小。在另一个实例中，比率可以为0.85或更小、0.8或更小、0.75或更小、或者0.7或更小，并且可以为0.05或更大、0.1或更大、0.15或更大、0.2或更大、0.25或更大、0.3或更大、0.35或更大、或者0.4或更大。
由于通过平坦化处理降低了金属泡沫的表面粗糙度，因此通过平坦化处理也可以降低金属泡沫的受表面粗糙度影响的热阻。
在一个实例中，金属泡沫在平坦化处理之前的热阻可以为2Kin2/W或更小。在另一个实例中，该值可以为1.9Kin2/W或更小、1.8Kin2/W或更小、1.7Kin2/W或更小、1.6Kin2/W或更小、1.5Kin2/W或更小、1.4Kin2/W或更小、1.3Kin2/W或更小、1.2Kin2/W或更小、或者1.1Kin2/W或更小，并且可以为0.1Kin2/W或更大、0.15Kin2/W或更大、0.2Kin2/W或更大、0.25Kin2/W或更大、0.3Kin2/W或更大、0.35Kin2/W或更大、0.4Kin2/W或更大、或者0.45Kin2/W或更大。
在一个实例中，金属泡沫在平坦化处理之后的热阻(KA)与金属泡沫在平坦化处理之前的热阻(KB)的比率(KA/KB)可以为0.9或更小。在另一个实例中，该比率可以为0.85或更小、0.8或更小、或者0.75或更小，并且可以为0.1或更大、0.15或更大、0.2或更大、0.25或更大、0.3或更大、0.35或更大、0.4或更大、或者0.45或更大。
用于制造金属泡沫的方法以多种方式已知。在本申请中，可以应用以已知方式制造的金属泡沫。
在一个实例中，还可以使用浆料来制造金属泡沫。具体地，还可以使用包含至少金属粉末、粘结剂和分散剂的浆料来制造金属泡沫。具体地，金属泡沫可以以包括至少以下的方式来制造：使用浆料形成生坯结构(金属泡沫的前体)的过程(a1)，和对生坯结构进行烧结的过程(a2)。即，本申请的方法可以以包括过程(a1)和过程(a2)的方式来进行步骤(a)。
在本申请中，术语“生坯结构”意指在经历为形成金属泡沫而进行的过程(例如烧结)之前的结构，即，产生金属泡沫之前的结构。此外，即使生坯结构被称为多孔金属泡沫前体，其本身也不一定必须是多孔的，并且为了方便起见，其也可以被称为多孔金属泡沫前体，只要其可以最终形成作为多孔金属结构的金属泡沫即可。
在一个实例中，金属粉末的类型根据应用的目的来确定并且没有特别限制。例如，作为金属粉末，可以应用选自铜粉末、磷粉末、钼粉末、锌粉末、锰粉末、铬粉末、铟粉末、锡粉末、银粉末、铂粉末、金粉末、铝粉末和镁粉末中的任一者，或者前述的两者或更多者的混合物，或者前述的两者或更多者的合金粉末。
在一个实例中，金属粉末的尺寸可以考虑期望的孔隙率或孔尺寸等来选择。例如，金属粉末的平均粒径可以在0.1μm至200μm的范围内。在另一个实例中，平均粒径可以为0.5μm或更大、1μm或更大、2μm或更大、3μm或更大、4μm或更大、5μm或更大、6μm或更大、7μm或更大、或者8μm或更大，并且可以为150μm或更小、100μm或更小、90μm或更小、80μm或更小、70μm或更小、60μm或更小、50μm或更小、40μm或更小、30μm或更小、或者20μm或更小。可以考虑期望的金属泡沫的形状(例如，金属泡沫的厚度或孔隙率等)将平均粒径调节至适当的范围。
在此，金属粉末的平均粒径可以通过已知的颗粒尺寸分析方法来测量。例如，金属粉末的平均粒径可以是所谓的D50粒径。
浆料中的金属粉末的比率没有特别限制。例如，浆料可以包含10重量％至70重量％的金属粉末。在另一个实例中，该比率可以为15重量％或更大、20重量％或更大、25重量％或更大、30重量％或更大、35重量％或更大、40重量％或更大、45重量％或更大、或者50重量％或更大，并且可以为65重量％或更小、60重量％或更小、55重量％或更小、或者50重量％或更小。
在一个实例中，可以应用醇作为分散剂。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、丁醇、戊醇、乙二醇、丙二醇、甘油、texanol或萜品醇；或者具有1至20个碳原子的二元醇或三元醇以上的多元醇或更高级多元醇，例如乙二醇、丙二醇、己二醇、辛二醇或戊二醇，但类型不限于以上实例。
粘结剂的类型没有特别限制，其可以根据在制备浆料时应用的金属组分或分散剂的类型适当地选择。例如，作为粘结剂，可以使用具有含有1至8个碳原子的烷基的烷基纤维素，例如甲基纤维素或乙基纤维素；具有含有1至8个碳原子的亚烷基单元的聚碳酸亚烷基酯，例如聚碳酸亚丙酯或聚碳酸亚乙酯；具有含有1至8个碳原子的亚烷基单元的聚环氧烷，例如聚环氧乙烷或聚环氧丙烷；或者基于聚乙烯醇的粘结剂，例如聚乙烯醇或聚乙酸乙烯酯；等等。
在浆料中，组分的比率没有特别限制。可以考虑在使用浆料的过程期间的过程效率例如涂覆特性或模压加工性来调节比率。
在一个实例中，相对于100重量份的金属粉末，浆料可以以5重量份至500重量份的比率包含粘结剂。在另一个实例中，该比率可以为6重量份或更大、或者7重量份或更大，并且可以为450重量份或更小、400重量份或更小、350重量份或更小、300重量份或更小、250重量份或更小、200重量份或更小、150重量份或更小、100重量份或更小、50重量份或更小、30重量份或更小、20重量份或更小、15重量份或更小、或者10重量份或更小。
在一个实例中，相对于100重量份的粘结剂，浆料可以以100重量份至2000重量份的比率包含分散剂。在另一个实例中，该比率可以为150重量份或更大、200重量份或更大、250重量份或更大、300重量份或更大、350重量份或更大、400重量份或更大、450重量份或更大、500重量份或更大、550重量份或更大、600重量份或更大、650重量份或更大、700重量份或更大、750重量份或更大、800重量份或更大、850重量份或更大、900重量份或更大、950重量份或更大、1000重量份或更大、1050重量份或更大、1100重量份或更大、1150重量份或更大、1200重量份或更大、1250重量份或更大、或者1300重量份或更大，并且可以为1800重量份或更小、1600重量份或更小、1400重量份或更小、或者1350重量份或更小。
在本申请中，除非另有说明，否则单位“重量份”意指各个组分之间的重量比。
如有必要，浆料还可以进一步包含溶剂以改善浆料的发泡性。作为溶剂，可以考虑与浆料组分(例如金属粉末和粘结剂)的溶解性来使用合适的溶剂。例如，作为溶剂，可以使用介电常数在10至120的范围内的溶剂。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，并且可以为约100或更小、约100或更小、或者约90或更小。作为上述溶剂，可以使用水；具有1至8个碳原子的醇，例如乙醇、丁醇或甲醇；或者DMSO(二甲基亚砜)、DMF(二甲基甲酰胺)或NMP(N-甲基吡咯烷酮)；等等，但不限于此。
当应用溶剂时，相对于100重量份的粘结剂，浆料可以以约50重量份至400重量份的比率包含溶剂。然而，比率不限于此。
除了上述组分之外，浆料还可以包含另外的必要已知添加剂。
使用如上浆料形成金属泡沫前体的方法没有特别限制。在制造金属泡沫的领域中，已知用于形成金属泡沫前体的各种方法，并且所有这些方法均可以应用于本申请。例如，可以通过将浆料保持在适当的模板中，或者以适当的方式涂覆浆料然后将其干燥等的方法来形成金属泡沫前体。
如有必要，还可以在形成金属泡沫前体的过程中进行适当的干燥过程。例如，还可以通过将浆料以上述方式模制然后将浆料干燥预定的时间段来形成金属泡沫前体。干燥条件没有特别限制，并且例如，可以将包含在浆料中的溶剂或粘结剂所包含的诸如水分的组分控制在能够将其除去至期望水平的水平。例如，干燥可以通过将模制的浆料在50℃至250℃、70℃至180℃或90℃至150℃的范围内的温度下保持适当的时间来进行。干燥时间也可以在适当的范围内调节。
金属泡沫可以通过对以与以上相同的方式形成的金属泡沫前体进行烧结来制造。在这种情况下，用于制造金属泡沫而进行烧结的方法没有特别限制，并且可以应用已知的烧结方法。即，烧结可以通过经由适当的方法向金属泡沫前体施加适量的热来进行。
在一个实例中，烧结还可以通过向金属泡沫前体施加外部热源来进行。在这种情况下，热源的温度可以在100℃至1200℃的范围内。
在本申请的制造方法中，在以上步骤(b)中可以以多种方式制备包含金属泡沫和可固化聚合物的混合物。例如，(1)可以通过将金属泡沫浸渍在以组合物形式存在的可固化聚合物中来制备混合物，(2)可以向金属泡沫施加液体或半固体的可固化聚合物以制备混合物，或者(3)可以通过将可固化聚合物注入到金属泡沫的孔中来制备混合物。在本申请的方法的以上步骤(b)中，除了以上列出的方法之外，混合物可以以非限制性方式制备使得可固化聚合物可以存在于金属泡沫的表面和/或孔上。
例如，在制备包含经平坦化处理之后的金属泡沫和可固化聚合物的混合物时，可固化聚合物可以存在于经平坦化处理的金属泡沫的表面上和/或内部。具体地，可固化聚合物可以通过在经平坦化处理的金属泡沫的至少一个表面上形成表面层，或者通过填充金属泡沫内部的空隙而存在。此外，聚合物组分还可以在形成表面层的同时任选地填充在金属泡沫内部。当聚合物组分形成表面层时，聚合物组分可以在金属泡沫的至少一个表面、部分表面或所有表面上形成表面层。
可固化聚合物的类型没有特别限制。例如，聚合物组分的类型可以考虑复合材料的可加工性、抗冲击性和绝缘特性等来选择。作为聚合物组分，可以应用以下中的至少一者：已知的丙烯酸类树脂、有机硅树脂例如基于硅氧烷的树脂、环氧树脂、烯烃树脂例如PP(聚丙烯)或PE(聚乙烯)、聚酯树脂例如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、聚酰胺树脂、氨基甲酸酯树脂、氨基树脂和酚树脂，但不限于此。
在包含金属泡沫和可固化聚合物的混合物中，金属泡沫与可固化聚合物的比率没有特别限制。例如，当可固化聚合物处于液相时，金属泡沫和可固化聚合物还可以混合到金属泡沫可以充分浸渍在可固化聚合物中的程度。即，在本申请的制造方法中，可以通过允许可固化聚合物存在于金属泡沫的表面上或内部，然后使可固化聚合物固化来制造复合材料。
在一个实例中，经平坦化处理的金属泡沫体积(MV)与可固化组合物的体积(PV)的比率(MV/PV)可以为10或更小。在另一个实例中，该比率可以为9或更小、8或更小、7或更小、6或更小、5或更小、4或更小、3或更小、2或更小、1或更小、或者0.5或更小，并且可以为0.05或更大、0.1或更大、或者0.3或更大。该比率可以通过由以上方法制造的复合材料中包含的可固化聚合物和金属泡沫的重量以及相应组分的密度等来计算。
使混合物中的可固化聚合物固化的方式和方法等也没有特别限制。即，复合材料可以通过使混合物通过已知的方式固化来制备。在一个实例中，可以通过向混合物施加外部热源来使组合物固化。此时，热源的温度可以在50℃至200℃的范围内。在另一个实例中，温度可以为60℃或更高、70℃或更高、80℃或更高、90℃或更高、100℃或更高、110℃或更高、或者120℃或更高，并且可以为190℃或更低、180℃或更低、170℃或更低、160℃或更低、150℃或更低、140℃或更低、130℃或更低、或者120℃或更低。
此外，固化时间也可以在适当的范围内选择。例如，固化可以进行1分钟至10小时的范围内的时间。在另一个实例中，固化时间可以在10分钟至5小时、10分钟至3小时、或10分钟至1小时的范围内。
本申请还涉及复合材料。具体地，复合材料可以通过上述方法来制造。
本申请的复合材料包含金属泡沫和聚合物组分。此外，本申请的复合材料具有平滑表面和高热导率(低热阻率)。因此，本申请的复合材料包含金属泡沫以及存在于金属泡沫的表面上和金属泡沫的孔中的可固化聚合物组分。
复合材料的表面粗糙度为2μm或更小。在本申请中提及的表面粗糙度的定义、测量方法等中，上述含义原样应用于此。在另一个实例中，复合材料的表面粗糙度可以为1.9μm或更小或者1.8μm或更小，并且由于下限越低越有利，因此其没有特别限制，但其可以为0.001μm或更大、0.01μm或更大、0.1μm或更大、或者1μm或更大。
复合材料在20psi下的热阻为0.5Kin2/W或更小。在另一个实例中，复合材料的热阻可以为0.45Kin2/W或更小、0.4Kin2/W或更小、0.35Kin2/W或更小、或者0.33Kin2/W或更小，并且由于下限越低越有利，因此其没有特别限制，但其可以为0.001Kin2/W或更大、0.01Kin2/W或更大、或者0.05Kin2/W或更大。此外，测量热阻的方法没有特别限制，并且可以应用已知的测量方法。在一个实例中，复合材料的热阻可以基于ASTM D5470标准来测量。
复合材料中应用的金属泡沫和聚合物组分的含量如已经描述的。
如上所述，复合材料中的金属泡沫的孔隙率可以在30％至60％的范围内。在另一个实例中，金属泡沫的孔隙率可以为35％或更大、或者40％或更大，并且可以为55％或更小、或者50％或更小。确定复合材料中的金属泡沫的孔隙率的方法没有特别限制。通常，在复合材料中，将复合材料中存在的聚合物脱脂以仅留下金属泡沫，并且测量金属泡沫的体积和密度，由此可以通过已知的方法计算金属泡沫的孔隙率。同时，复合材料中的聚合物的脱脂可以通过在氧化气氛(存在过量的氧)中的热处理过程来进行，其中构成金属泡沫的金属也可能受到影响，但差异不显著。即，孔隙率可以意指在复合材料的制造过程中应用的金属泡沫的孔隙率，并且还可以意指在从预先制备的复合材料中除去聚合物组分之后而获得的金属泡沫的孔隙率。
从确保复合材料具有以上热阻和表面粗糙度的角度出发，复合材料中的金属泡沫的孔隙率在40％至50％的范围内可以是有利的。
由于金属泡沫根据平坦化处理可以具有膜或片形式，因此本申请的复合材料也可以具有膜或片形式。此时，复合材料的厚度可以为2000μm或更小。在另一个实例中，其可以为1900μm或更小、1800μm或更小、1700μm或更小、1600μm或更小、1500μm或更小、1400μm或更小、1300μm或更小、1200μm或更小、1100μm或更小、或者1000或更小，并且可以为10μm或更大、20μm或更大、30μm或更大、40μm或更大、50μm或更大、60μm或更大、70μm或更大、80μm或更大、或者85μm或更大。
在一个实例中，复合材料包含金属泡沫和存在于金属泡沫的表面上或内部的聚合物组分，其中在这样的复合材料中，复合材料的总厚度(T)与金属泡沫的厚度(MT)的比率(T/MT)可以为2.5或更小。在另一个实例中，该比率可以为2或更小、1.9或更小、1.8或更小、1.7或更小、1.6或更小、1.5或更小、1.4或更小、1.3或更小、1.2或更小、1.15或更小、或者1.1或更小。该比率的下限没有特别限制，但其可以为约1或更大、1.01或更大、1.02或更大、1.03或更大、1.04或更大、1.05或更大、1.06或更大、1.07或更大、1.08或更大、1.09或更大、或者1.1或更大。在这样的厚度比下，可以提供具有期望的热导率、优异的可加工性和抗冲击性等的复合材料。
根据金属泡沫的独特的表面积和孔特性，复合材料由于多重反射和吸收等而可以具有高磁导率。此外，复合材料可以通过包含金属泡沫来确保优异的机械强度和柔性。此外，通过使聚合物组分和金属泡沫适当复合，复合材料可以确保对氧化和高温的稳定性、电绝缘特性等，并且还可以解决当应用于多种装置时发生的剥离问题。本申请的复合材料具有低的热阻和低的表面粗糙度等，从而特别适合于散热材料或导热材料等。
由于本申请的复合材料包含经平坦化处理的金属泡沫并且经平坦化处理的金属泡沫具有比其他金属泡沫的表面粗糙度更低的表面粗糙度，因此热导率也优于应用相同金属泡沫但应用未经平坦化处理的金属泡沫的复合材料。即，本申请的复合材料具有比其中在相同条件下制造但应用未经平坦化处理的金属泡沫的复合材料更低的热阻。
本申请还涉及复合材料的用途。本申请涉及包含复合材料的散热材料。散热材料可以仅由复合材料制成。在另一个实例中，散热材料包含复合材料，但还可以进一步包含散热材料所需的已知构成或组分等。
在一个实例中，散热材料可以呈膜或片的形式，其中可以应用已知的膜或片的结构。
当散热材料呈膜或片的形式时，散热材料可以包括基础材料和设置在基础材料的至少一个表面上的散热构件，其中散热构件可以呈包含复合材料的形式。由于散热材料原样应用上述复合材料，因此上述复合材料的含量及其制造方法也可以原样应用于呈膜或片的形式的散热材料。由于散热材料包含复合材料作为散热构件，因此由与散热材料相邻的热源产生的热可以有效地排放至外部。此外，呈膜或片的形式的散热材料还可以进一步包含用于实现其功能所需的已知元件。
在另一个实例中，其涉及包含复合材料的导热材料。导热材料可以仅由复合材料制成。在另一个实例中，导热材料包含复合材料，但还可以进一步包含导热材料所需的已知构成或组分等。
有益效果
本申请中获得的复合材料可以具有高的热传导效率。
本申请中获得的复合材料可以确保在氧化和/或高温气氛中的稳定性等。
本申请中获得的复合材料具有能够防止尤其是在用作散热材料等时发生剥离问题等的优点。
附图说明
图1是制造例1的金属泡沫的激光显微照片及其表面形状分析结果。
图2是制造例2的金属泡沫的SEM照片。
图3是制造例5的金属泡沫的激光显微照片及其表面形状分析结果。
图4是制造例6的金属泡沫的SEM照片。
图5是实施例1的复合材料的激光显微照片及其表面形状分析结果。
图6是实施例1的复合材料的SEM照片。
图7是实施例2的复合材料的SEM照片。
图8是比较例1的复合材料的SEM照片。
图9是比较例2的复合材料的SEM照片。
具体实施方式
在下文中，将通过以下实施例详细地描述本申请，但本申请的范围不受以下实施例的限制。
制造例1.金属泡沫
使用平均粒径(D50粒径)为约60μm左右的铜(Cu)粉末。使用texanol作为分散剂，并且使用乙基纤维素作为粘结剂。通过将通过使乙基纤维素溶解在texanol中至约7重量％的浓度而获得的溶液与铜粉末混合使得重量比为约1:1来制备浆料。
将浆料以厚度为约250μm的膜的形式涂覆并在约120℃的温度下干燥约60分钟以形成金属泡沫前体。其后，通过在电炉中施加外部热源以使前体在氢气/氩气气氛中在约1000℃的温度下保持约2小时来进行烧结，并制造金属泡沫。制造的金属泡沫具有约85μm的厚度、约64％的孔隙率、约7.5μm左右的表面粗糙度和约0.466Kin2/W的在20psi的压力条件下的热阻。使用Analysis Tech的TIM Tester 1300作为热阻的测量设备，并且根据设备的手册来测量热阻(在下文中，这以相同的方式使用)。
制造例1的金属泡沫的激光显微照片及其表面形状分析结果在图1中示出。
制造例2.金属泡沫
以与制造例1中相同的方式制造金属泡沫，不同之处在于将浆料涂层厚度调节为约300μm。制造的金属泡沫具有约100μm的厚度、约64％的孔隙率、约8μm左右的表面粗糙度和约0.496Kin2/W的在20psi的压力条件下的热阻。金属泡沫的SEM照片在图2中示出。
制造例3.金属泡沫
以与制造例1中相同的方式制造金属泡沫，不同之处在于将浆料涂层厚度调节为约1500μm。制造的金属泡沫具有约500μm的厚度、约70％的孔隙率、约9μm左右的表面粗糙度和约0.871Kin2/W的在20psi的压力条件下的热阻。
制造例4.金属泡沫
以与制造例1中相同的方式制造金属泡沫，不同之处在于将浆料涂层厚度调节为约2500μm。制造的金属泡沫具有约1000μm的厚度、约75％的孔隙率、约10μm左右的表面粗糙度和约1.064Kin2/W的在20psi的压力条件下的热阻。
制造例5.金属泡沫
将辊压机装置(WCRP-1015G，Wellcos Corp)的辊之间的间隙设定为70μm，并使制造例1的金属泡沫通过装置的辊以制造经压制的金属泡沫。经压制的金属泡沫具有约70μm的厚度、约53％的孔隙率、约5.2μm左右的表面粗糙度和约0.335Kin2/W的在20psi的压力条件下的热阻。制造例5的金属泡沫的激光显微照片及其表面形状分析结果在图3中示出。
制造例6.金属泡沫
将辊压机装置(WCRP-1015G，Wellcos Corp)的辊之间的间隙设定为80μm，并使制造例2的金属泡沫通过装置的辊以制造经压制的金属泡沫。经压制的金属泡沫具有约80μm的厚度、约57％的孔隙率、约4μm左右的表面粗糙度和约0.360Kin2/W的在20psi的压力条件下的热阻。制造例6的SEM照片在图4中示出。
制造例7.金属泡沫
将辊压机装置(WCRP-1015G，Wellcos Corp)的辊之间的间隙设定为300μm，并使制造例3的金属泡沫通过装置的辊以制造经压制的金属泡沫。经压制的金属泡沫具有约300μm的厚度、约55％的孔隙率、约5μm左右的表面粗糙度和约0.403Kin2/W的在20psi的压力条件下的热阻。
制造例8.金属泡沫
将辊压机装置(WCRP-1015G，Wellcos Corp)的辊之间的间隙设定为500μm，并使制造例4的金属泡沫通过装置的辊以制造经压制的金属泡沫。经压制的金属泡沫具有约50μm的厚度、约45％的孔隙率、约4μm左右的表面粗糙度和约0.527Kin2/W的在20psi的压力条件下的热阻。
根据图1至4，可以确定金属泡沫表面依据压制相对平滑地形成，从而具有比压制之前的热阻更低的热阻。
实施例1.复合材料
将制造例5的金属泡沫浸渍在作为可固化聚合物的热固性有机硅树脂(聚二甲基硅氧烷，Sylgard 527kit,Dow Corning)中。使用膜施加器除去过量的有机硅树脂使得其中浸渍有金属泡沫的可固化聚合物组合物的厚度为约80μm。随后，通过将聚合物组合物在保持在120℃的烘箱中静置约10分钟使其固化来制造膜状的复合材料。图5是实施例1的复合材料的激光显微照片及其表面形状分析结果，图6是实施例1的复合材料的SEM照片。复合材料的表面粗糙度为约1.2μm，以及在20psi的压力条件下的热阻为约0.098Kin2/W。
实施例2.复合材料
以与实施例1中相同的方式制造复合材料，不同之处在于浸渍制造例6的金属泡沫代替制造例5的金属泡沫，并且使用膜施加器除去过量的有机硅树脂使得其中浸渍有金属泡沫的可固化聚合物组合物的厚度为约90μm。图7是实施例2的复合材料的SEM照片。复合材料的表面粗糙度为约1.5μm，以及在20psi的压力条件下的热阻为约0.102Kin2/W。
实施例3.复合材料
以与实施例1中相同的方式制造复合材料，不同之处在于浸渍制造例7的金属泡沫代替制造例5的金属泡沫，并且使用膜施加器除去过量的有机硅树脂使得其中浸渍有金属泡沫的可固化聚合物组合物的厚度为约320μm。复合材料的表面粗糙度为约1.6μm，以及在20psi的压力条件下的热阻为约0.226Kin2/W。
实施例4.复合材料
以与实施例1中相同的方式制造复合材料，不同之处在于浸渍制造例8的金属泡沫代替制造例5的金属泡沫，并且使用膜施加器除去过量的有机硅树脂使得其中浸渍有金属泡沫的可固化聚合物组合物的厚度为约525μm。复合材料的表面粗糙度为约1.8μm，以及在20psi的压力条件下的热阻为约0.315Kin2/W。
比较例1.复合材料
以与实施例1中相同的方式制造复合材料，不同之处在于浸渍制造例1的金属泡沫代替制造例5的金属泡沫，并且使用膜施加器除去过量的有机硅树脂使得其中浸渍有金属泡沫的可固化聚合物组合物的厚度为约100μm。图8是比较例1的复合材料的SEM照片。复合材料的表面粗糙度为约2.5μm，以及在20psi的压力条件下的热阻为约0.203Kin2/W。
比较例2.复合材料
以与实施例1中相同的方式制造复合材料，不同之处在于浸渍制造例2的金属泡沫代替制造例5的金属泡沫，并且使用膜施加器除去过量的有机硅树脂使得其中浸渍有金属泡沫的可固化聚合物组合物的厚度为约110μm。图9是比较例2的复合材料的SEM照片。复合材料的表面粗糙度为约2.4μm，以及在20psi的压力条件下的热阻为约0.236Kin2/W。
比较例3.复合材料
以与实施例1中相同的方式制造复合材料，不同之处在于浸渍制造例3的金属泡沫代替制造例5的金属泡沫，并且使用膜施加器除去过量的有机硅树脂使得其中浸渍有金属泡沫的可固化聚合物组合物的厚度为约530μm。复合材料的表面粗糙度为约3.2μm，以及在20psi的压力条件下的热阻为约0.652Kin2/W。
比较例4.复合材料
以与实施例1中相同的方式制造复合材料，不同之处在于浸渍制造例4的金属泡沫代替制造例5的金属泡沫，并且使用膜施加器除去过量的有机硅树脂使得其中浸渍有金属泡沫的可固化聚合物组合物的厚度为约1050μm。复合材料的表面粗糙度为约3.0μm，以及在20psi的压力条件下的热阻为约0.783Kin2/W。
实施例和比较例的复合材料的物理特性分析结果在下表1和2中示出。
[表1]
Figure BDA0003407038260000191
[表2]
Figure BDA0003407038260000201
根据表1和2，可以确定通过平坦化处理制造的复合材料，具体地，使用经压制的金属泡沫制造的实施例1至4的复合材料具有比比较例的复合材料的表面粗糙度更低的相对于厚度的表面粗糙度并且具有降低的热阻。由此，可以看出当用如本申请的方法中的平坦化处理制造复合材料时，复合材料的表面粗糙度和热导率可以得到改善。

Claims (12)

1.一种用于制造复合材料的方法，包括以下步骤：
(a)制备金属泡沫；
(b)制备包含所述金属泡沫和可固化聚合物的混合物；
(c)使所述混合物中的所述可固化聚合物固化以获得复合材料；以及
(d)平坦化处理步骤，
其中所述平坦化处理步骤(d)在从步骤(a)前至步骤(c)后中的至少一个时间点进行。
2.根据权利要求1所述的用于制造复合材料的方法，其中所述步骤(d)在所述步骤(a)与所述步骤(b)之间进行。
3.根据权利要求2所述的用于制造复合材料的方法，其中进行所述步骤(d)使得所述金属泡沫的孔隙率在30％至60％的范围内。
4.根据权利要求2所述的用于制造复合材料的方法，其中进行所述步骤(d)使得所述金属泡沫的表面粗糙度为6μm或更小。
5.根据权利要求1所述的用于制造复合材料的方法，其中所述步骤(d)通过抛光或压制进行。
6.根据权利要求5所述的用于制造复合材料的方法，其中所述步骤(d)中的所述压制通过辊压机进行。
7.根据权利要求1所述的用于制造复合材料的方法，其中所述步骤(a)以包括以下的方式进行：(a1)使用包含金属粉末、粘结剂和分散剂的浆料制造生坯结构的过程，和(a2)对所述生坯结构进行烧结的过程。
8.一种复合材料，包含金属泡沫和存在于所述金属泡沫的至少一部分表面和孔中的可固化聚合物组分，
其中表面粗糙度为2μm或更小，以及
在20psi下的热阻为0.5Kin2/W或更小。
9.根据权利要求8所述的复合材料，其中所述金属泡沫的孔隙率在30％至60％的范围内。
10.根据权利要求9所述的复合材料，其中所述金属泡沫的孔隙率在40％至50％的范围内。
11.根据权利要求8所述的复合材料，所述复合材料呈膜或片的形式。
12.根据权利要求11所述的复合材料，所述复合材料呈厚度为2000μm或更小的膜或片的形式。
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