KR102346997B1 - Artificial graphite powder and composite power using the same - Google Patents
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Abstract
내부에 체적대비 공간이 많이 형성되는 인조 그라파이트 분말이 개시된다. 상기 인조 그라파이트 분말은, 발포된 인조 그라파이트 시트를 분쇄하여 형성되고, 상기 발포에 의해 두께 방향으로 다수의 그래핀 층이 간극을 개재하여 적층되어 이루어지며, 상기 그래핀 층 각각이 울퉁불퉁한 표면을 구비하는 것을 특징으로 한다.Disclosed is an artificial graphite powder having a large amount of space relative to the volume therein. The artificial graphite powder is formed by pulverizing a foamed artificial graphite sheet, and is made by stacking a plurality of graphene layers in the thickness direction by the foaming through gaps, and each of the graphene layers has an uneven surface characterized in that
Description
본 발명은 인조 그라파이트 분말에 관한 것으로, 특히 내부에 체적대비 공간이 많이 형성되는 인조 그라파이트 분말에 관련한다.The present invention relates to artificial graphite powder, and more particularly, to artificial graphite powder having a large amount of space compared to the volume therein.
그라파이트는 우수한 내열성, 내약품성, 우수한 열 전도성과 전기 전도성을 갖기 때문에 공업 재료로서 중요하고, 방열 재료, 내열 실링재, 개스킷, 발열체, X선 모노크로미터 등의 방사선 광학소자, 연료전지 세퍼레이터, 음향 진동판 등으로 사용되고 있다. Graphite is important as an industrial material because it has excellent heat resistance, chemical resistance, and excellent thermal and electrical conductivity. are used, etc.
특히 그라파이트는 두께가 균일하게 압축된 시트 형상으로 제조되어 발열 소자가 내장된 전자기기 등에 적용될 경우 면 방향(그라파이트 시트의 수평방향)으로 열 전도율이 매우 우수하여 발열 소자에서 발생한 열을 면 방향으로 잘 전달하여 열을 면 방향으로 효과적으로 냉각할 수 있다.In particular, graphite has excellent thermal conductivity in the plane direction (horizontal direction of the graphite sheet) when it is manufactured in a sheet shape with a uniform thickness and is applied to electronic devices with a built-in heating element. The heat can be effectively cooled in the plane direction by transferring it.
그라파이트 시트는 천연 흑연을 사용하여 제조한 천연 그라파이트 시트와 탄소를 많이 함유한 폴리머 수지를 사용하여 제조한 인조 그라파이트 시트가 있는데, 대부분의 경우 인조 그라파이트 시트의 열 전도율이 천연 그라파이트 시트의 열 전도율보다 매우 좋다.There are two types of graphite sheets: a natural graphite sheet manufactured using natural graphite and an artificial graphite sheet manufactured using a polymer resin containing a lot of carbon. In most cases, the thermal conductivity of the artificial graphite sheet is much higher than that of the natural graphite sheet. good.
이는, 천연 그라파이트 분말이나 시트는 탄소 이외의 불순물이 많고 탄소의 배열도 일정하지 않은 반면, 인조 그라파이트 분말이나 시트는 탄소 이외의 불순물이 적고 탄소 배열이 비교적 균일하게 그래핀 구조의 탄소 원자층이 적층된 구조를 갖기 때문이다.This is because natural graphite powder or sheet has many impurities other than carbon and the arrangement of carbon is not constant, whereas artificial graphite powder or sheet has few impurities other than carbon and carbon arrangement of carbon atoms is relatively uniformly stacked with graphene-structured carbon layers. Because it has a structured structure.
종래에 그라파이트 분말을 제조하는 방법에는 두께가 일정하게 압착된 그라파이트 시트를 칼날 등으로 잘게 분쇄하는 방법이 있다.Conventionally, there is a method of finely pulverizing a graphite sheet compressed to a constant thickness with a blade or the like in a method of manufacturing graphite powder.
이와 같이 압착된 상태의 그라파이트 시트를 분쇄하는 경우에는 그라파이트 분말의 크기가 균일하게 분쇄하는 것이 용이하지 않고 대략 평면상으로 찢어지면서 분쇄되며 분쇄 후 표면적이 작다는 단점이 있다.In the case of pulverizing the graphite sheet in the compressed state as described above, it is not easy to pulverize the size of the graphite powder uniformly, and it is pulverized while being torn in an approximate plane, and there is a disadvantage in that the surface area after pulverization is small.
또한, 이렇게 제조된 그라파이트 분말은 내부에 체적대비 공간이 형성되기 어려워, 예를 들어 두께 방향으로 밀도가 높아 딱딱하여 이 공간을 활용하기 어렵다는 단점이 있다.In addition, the graphite powder prepared in this way has a disadvantage in that it is difficult to form a space relative to the volume therein, for example, it is hard because it has a high density in the thickness direction, and thus it is difficult to utilize this space.
또한, 그라파이트 시트는 면 방향으로의 열 전도율은 좋지만 두께 방향으로의 열 전도율이 떨어지기 때문에, 국내 등록특허 10-1473708에서는 그라파이트 분말에 금속을 코팅하고 가압 성형하여 그라파이트 시트를 제조함으로써 두께 방향으로의 열 전도율을 향상시키고 있다.In addition, since the graphite sheet has good thermal conductivity in the plane direction but poor thermal conductivity in the thickness direction, in Korean Patent Registration No. 10-1473708, a graphite powder is coated with a metal and press-molded to manufacture a graphite sheet in the thickness direction. The thermal conductivity is improved.
그러나 그라파이트 분말 자체가 압착된 그라파이트 시트로부터 생성하는 경우에 부피, 예를 들어 외부로 노출되는 표면적이 작아 코팅되는 금속의 양이 적고 금속과의 밀착력이 부족하기 때문에 이에 따라 품질의 균일성을 확보하기 어렵고 두께 방향의 열 전도율의 향상에 한계가 있다. 또한, 가압 성형 시 눌리는 범위가, 예를 들어 두께, 좁기 때문에 다양한 형상의 그라파이트 시트를 용이하게 제공하기 어렵다는 단점이 있다.However, when the graphite powder itself is produced from the compressed graphite sheet, the volume, for example, the surface area exposed to the outside, is small, the amount of metal to be coated is small, and adhesion to the metal is insufficient. It is difficult and there is a limit to the improvement of the thermal conductivity in the thickness direction. In addition, there is a disadvantage in that it is difficult to easily provide graphite sheets of various shapes because the range pressed during press molding is narrow, for example, in thickness.
따라서, 본 발명의 목적은 내부에 체적대비 공간이 형성된 인조 그라파이트 분말을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an artificial graphite powder having a volume-to-volume ratio therein.
본 발명의 목적은 외부로 노출된 표면적이 넓은 인조 그라파이트 분말을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an artificial graphite powder with a large surface area exposed to the outside.
본 발명의 목적은 금속 도금층의 면적을 늘릴 수 있고, 금속 도금층의 밀착성을 좋게 하는 인조 그라파이트 분말을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an artificial graphite powder capable of increasing the area of the metal plating layer and improving the adhesion of the metal plating layer.
본 발명의 목적은 가압 성형 시 잘 눌릴 수 있는 인조 그라파이트 분말을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an artificial graphite powder that can be well pressed during press molding.
본 발명의 다른 목적은 면 방향뿐만 아니라 두께방향으로의 열 전도율이 향상된 인조 그라파이트 시트를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an artificial graphite sheet having improved thermal conductivity not only in the plane direction but also in the thickness direction.
본 발명의 다른 목적은 대향하는 대상물과 전하의 이동량이 많고, 취급이 용이한 인조 그라파이트 시트를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an artificial graphite sheet that is easy to handle and has a large amount of transfer between an object and an opposite object.
본 발명의 다른 목적은 두께 방향의 열 전도율, 전기 전도율 및 기계적 강도가 향상된 인조 그라파이트 시트를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an artificial graphite sheet having improved thermal conductivity, electrical conductivity and mechanical strength in the thickness direction.
본 발명의 다른 목적은 다양한 치수를 갖는 인조 그라파이트 분말을 경제적으로 제조할 수 있는 인조 그라파이트 시트를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an artificial graphite sheet capable of economically manufacturing artificial graphite powder having various dimensions.
상기의 목적은, 인조 그라파이트 분말에 대응하는 탄화 및 흑연화되고 발포된 그라파이트 시트가 분쇄되어 형성되고, 상기 발포에 의해 두께 방향으로 다수의 그래핀 층이 간극을 개재하여 적층되고, 상기 그래핀 층 각각은 울퉁불퉁한 표면을 구비한 것을 특징으로 하는 인조 그라파이트 분말에 의해 달성된다.The above object is to form a graphite sheet that is carbonized and graphitized and foamed corresponding to the artificial graphite powder is pulverized, and a plurality of graphene layers in the thickness direction by the foaming are laminated through gaps, and the graphene layer Each is achieved by artificial graphite powder, characterized in that it has an uneven surface.
바람직하게, 상기 인조 그라파이트 분말은 폴리이미드 필름으로부터 제조될 수 있다.Preferably, the artificial graphite powder may be prepared from a polyimide film.
바람직하게, 상기 인조 그라파이트 분말은 면 방향의 최대 치수가 두께 방향의 최대 치수보다 3배 이상일 수 있다.Preferably, the artificial graphite powder may have a maximum dimension in a plane direction greater than or equal to three times greater than a maximum dimension in the thickness direction.
바람직하게, 상기 인조 그라파이트 분말은 면 방향의 열전도율 및 전기전도율이 두께 방향의 열전도율 및 전기전도율보다 좋다.Preferably, the artificial graphite powder has better thermal conductivity and electrical conductivity in the plane direction than thermal conductivity and electrical conductivity in the thickness direction.
바람직하게, 상기 인조 그라파이트 분말은 프레스에 의한 압력에 의해 원래 두께의 20% 내지 60% 눌릴 수 있다.Preferably, the artificial graphite powder can be pressed by 20% to 60% of the original thickness by pressure by a press.
상기의 목적은, 인조 그라파이트 분말 위에 금속층이 형성되어 이루어지는 인조 그라파이트-금속 복합분말로서, 상기 인조 그라파이트 분말은 발포되어 두께 방향으로 다수의 그래핀 층이 간극을 개재하여 적층되어 이루어지고, 상기 그래핀 층 각각은 울퉁불퉁한 표면을 구비하고, 상기 금속층은 도금에 의해 상기 두께 방향의 양측 그래핀 층의 표면에 형성되고 상기 도금시 도금액이 상기 간극의 적어도 일부를 따라 침투하여 형성되는 것을 특징으로 하는 인조 그라파이트-금속 복합분말에 의해 달성된다.The above object is an artificial graphite-metal composite powder formed by forming a metal layer on an artificial graphite powder, wherein the artificial graphite powder is foamed and a plurality of graphene layers in the thickness direction are laminated through gaps, and the graphene Each layer has an uneven surface, the metal layer is formed on the surface of both graphene layers in the thickness direction by plating, and the plating solution is formed by penetrating along at least a part of the gap during the plating. It is achieved by the graphite-metal composite powder.
바람직하게, 상기 금속층은 상기 간극의 가장자리에 형성되고, 구리, 구리 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성될 수 있다.Preferably, the metal layer is formed at the edge of the gap, and may be made of copper, a copper alloy, aluminum or an aluminum alloy.
바람직하게, 상기 인조 그라파이트 분말의 중량은 총 중량의 5% 내지 60%일 수 있다.Preferably, the weight of the artificial graphite powder may be 5% to 60% of the total weight.
상기의 목적은, 인조 그라파이트-금속 복합분말 또는 압축된 인조 그라파이트-금속 복합분말을 금형에 넣고 힘을 가하여 일정 형상을 갖는 성형체로 만든 후 상기 성형체를 상기 금속층이 용융되는 온도 근방의 온도에서 환원분위기로 열처리하여 상기 금속층이 용융되어 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 열 전달 복합시트에 의해 달성된다.The purpose of the above is to put artificial graphite-metal composite powder or compressed artificial graphite-metal composite powder into a mold and apply force to make a molded body having a certain shape, and then convert the molded body into a reducing atmosphere at a temperature near the temperature at which the metal layer is melted. It is achieved by a heat transfer composite sheet, characterized in that the metal layers are melted and connected to each other by heat treatment with a furnace.
바람직하게, 상기 인조 그라파이트-금속 복합분말에 그라파이트 파이버나 구리 또는 알루미늄의 금속 분말을 더 포함하여 상기 성형체를 형성할 수 있다.Preferably, the artificial graphite-metal composite powder may further include a graphite fiber or a metal powder of copper or aluminum to form the molded body.
상기의 목적은, 롤로 된 폴리이미드 필름을 열 분해로에 넣어 탄소와 발포제만 잔류하는 탄화(carbonized) 필름을 형성하는 단계; 상기 탄화 필름을 꺼낸 후 열 분해로에 넣고 온도를 올려 잔류하는 발포제를 휘발시켜 상기 탄화 필름을 팽창되게 하고 흑연화하여 흑연화(graphitized)된 팽창 필름을 형성하는 단계; 상기 흑연화된 팽창 필름을 칼날을 사용하는 분쇄기로 분쇄하여 분말을 형성하는 단계; 및 상기 분말이 비교적 균일한 크기를 갖도록 분급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인조 그라파이트 분말의 제조방법에 의해 달성된다.The above object is to put a polyimide film in a roll into a thermal decomposition furnace to form a carbonized film in which only carbon and a foaming agent remain; After taking out the carbonized film, put it in a thermal decomposition furnace, raise the temperature to volatilize the remaining foaming agent to expand the carbonized film and graphitize to form a graphitized expanded film; pulverizing the graphitized expanded film with a grinder using a blade to form a powder; and classifying the powder to have a relatively uniform size.
바람직하게, 상기 인조 그라파이트 분말에 금속을 도금하는 단계를 더 포함할 수 있다.Preferably, the method may further include plating a metal on the artificial graphite powder.
본 발명에 의하면, 인조 그라파이트 분말은 탄소 원자가 육각형의 형상으로 균일하게 배열된 그래핀이 적층된 구조이면서 인조 그라파이트 분말이 팽창되어 내부에 체적대비 공간이 증가하고 울퉁불퉁한 표면에 의해 외부의 표면적이 증가한다. According to the present invention, the artificial graphite powder has a structure in which graphene in which carbon atoms are uniformly arranged in a hexagonal shape is stacked, and the artificial graphite powder is expanded to increase the internal space to volume ratio and increase the external surface area due to the uneven surface do.
또한, 그라파이트 분말의 내부 공간과 표면적의 증가로 도금되는 금속의 양이 증가하여 두께 방향의 열 전도율이 증가한다.In addition, the amount of metal to be plated increases due to an increase in the internal space and surface area of the graphite powder, thereby increasing the thermal conductivity in the thickness direction.
또한, 그라파이트 분말의 표면적이 넓고 금속 도금층의 밀착성이 좋아져 취급이 용이하고 균일한 품질을 제공하기 용이하고 전하 이동량을 크게 할 수 있다.In addition, since the surface area of the graphite powder is wide and the adhesion of the metal plating layer is improved, it is easy to handle, it is easy to provide uniform quality, and the amount of charge transfer can be increased.
또한, 그라파이트 분말이 팽창되어 가압 성형 시 많이 눌릴 수 있어 다양한 형상의 그라파이트 시트를 제공하기 용이하다.In addition, since the graphite powder is expanded and can be pressed a lot during press molding, it is easy to provide graphite sheets of various shapes.
또한, 금속층이 도금된 인조 그라파이트 분말을 이용하여 그라파이트 시트를 제조함으로써 두께 방향의 열 전도율, 전기 전도율 및 기계적 강도가 향상된다. In addition, thermal conductivity, electrical conductivity, and mechanical strength in the thickness direction are improved by manufacturing the graphite sheet using the artificial graphite powder plated with the metal layer.
또한, 압착하기 이전의 인조 그라파이트 시트를 분쇄하여 제조하므로 다양한 치수의 인조 그라파이트 분말을 경제적으로 제조할 수 있다.In addition, since it is manufactured by pulverizing the artificial graphite sheet prior to compression, artificial graphite powder of various dimensions can be economically manufactured.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 인조 그라파이트 분말을 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 인조 그라파이트 분말을 나타내는 사진이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 인조 그라파이트 분말을 개략적으로 보여주는 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing an artificial graphite powder according to an embodiment of the present invention.
2 is a photograph showing an artificial graphite powder according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view schematically showing an artificial graphite powder according to another embodiment of the present invention.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. It should be noted that the technical terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. In addition, the technical terms used in the present invention should be interpreted as meanings generally understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise specifically defined in the present invention, and excessively comprehensive It should not be construed in the meaning of a human being or in an excessively reduced meaning.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 인조 그라파이트 분말을 개략적으로 보여주는 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing an artificial graphite powder according to an embodiment of the present invention.
인조 그라파이트 분말(100)은 발포되어 두께 방향으로 다수의 그래핀 층(110)이 간극(120)을 개재하여 적층되어 이루어지며 전체적으로 표면의 치수가 두께의 치수보다 큰 비늘 형상을 구비한다.The
각 그래핀 층(110)은, 후술하는 것처럼, 발포 과정에서 발포(팽창)하여 울퉁불퉁한 표면을 갖게 된다.Each
바람직하게, 면 방향으로 열전도율 및 전기전도율이 좋게 인조 그라파이트 분말(100)은 면 방향의 최대 치수가 두께 방향의 최대 치수보다 3배 이상일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.Preferably, the maximum dimension in the plane direction of the
그라파이트 분말을 만들기 위한 소스로서 다량의 탄소를 포함하는 폴리머 필름이 적용될 수 있는데, 가령 폴리이미드를 주성분으로 하는 폴리이미드 필름이 적용될 수 있으나 이에 한정하지는 않는다.As a source for making the graphite powder, a polymer film containing a large amount of carbon may be applied, for example, a polyimide film containing polyimide as a main component may be applied, but is not limited thereto.
폴리이미드 필름은, 액상의 폴리이미드를 캐스팅하고 경화하여 제조되는데, 가령 분자량이 가령, 150,000 내지 350,000 정도이다.The polyimide film is produced by casting and curing liquid polyimide, for example, having a molecular weight of, for example, about 150,000 to 350,000.
액상의 폴리이미드(폴리아믹산)에 발포제가 포함된 전구체 조성물로부터 폴리이미드 필름이 제조되는데, 발포제는 가령 인 또는 인 화합물일 수 있다.A polyimide film is prepared from a precursor composition including a foaming agent in liquid polyimide (polyamic acid), and the foaming agent may be, for example, phosphorus or a phosphorus compound.
폴리이미드 필름의 두께는 특별히 한정되지는 않지만, 대략 10㎛ 내지 200㎛ 정도의 두께를 이용할 수 있다.Although the thickness of the polyimide film is not particularly limited, a thickness of about 10 µm to 200 µm can be used.
상기한 것처럼, 폴리이미드 필름은 탄소 함량이 높고 분자량이 크기 때문에, 후술하는 것처럼, 폴리이미드 필름을 탄화하고 흑연화 한 후 탄소가 많이 잔류하여 결과적으로 열 전도율과 전기 전도율이 좋다. 특히 흑연화되면 면 방향으로 탄소의 배열이 비교적 일정하여 면 방향으로 열전도율이 좋다.As described above, since the polyimide film has a high carbon content and a large molecular weight, a lot of carbon remains after carbonizing and graphitizing the polyimide film, as will be described later, resulting in good thermal and electrical conductivity. In particular, when graphitized, the arrangement of carbon in the plane direction is relatively constant, and the thermal conductivity in the plane direction is good.
약 50㎛ 두께와 일정한 폭을 갖는 롤로 된 폴리이미드 필름을 적어도 폭 방향으로 연신하면서 열 분해로에 공급한다.A polyimide film in a roll having a thickness of about 50 μm and a constant width is fed to the thermal decomposition furnace while stretching at least in the width direction.
폴리이미드 필름은 대략 20%의 폴리이미드 수지와 80% 정도의 용제로 구성되어 있어 캐스팅 후 경화 과정에서 폭 방향으로의 수축이 이루어질 수 있으므로, 일정한 폭을 확보하기 위해서 폭 방향으로의 연신이 수행될 수 있다. Since the polyimide film is composed of approximately 20% polyimide resin and 80% solvent, shrinkage in the width direction can occur during the curing process after casting. can
이와 함께, 폭 방향이든 길이방향이든 연신에 의해 탄소 분자가 면 방향으로 정렬되어 결과적으로 흑연화 후 면 방향으로의 열 전도율이 좋아진다.At the same time, the carbon molecules are aligned in the plane direction by stretching, whether in the width direction or the longitudinal direction, and as a result, thermal conductivity in the plane direction after graphitization is improved.
폴리이미드 필름은 열 분해로에서 탄화되어 탄소와 발포제만 잔류하는 탄화(carbonized) 필름을 형성한다.The polyimide film is carbonized in a thermal decomposition furnace to form a carbonized film in which only carbon and a foaming agent remain.
탄화는, 가령 1000℃ 내지 1400℃의 진공 분위기에서 수행될 수 있다.Carbonization may be performed, for example, in a vacuum atmosphere of 1000°C to 1400°C.
탄화된 필름은 탄소와 발포제를 제외한 불순물이 대부분 제거되어 원래의 두께보다 얇은 대략 35㎛ 정도의 두께를 갖는다.The carbonized film has a thickness of about 35 μm, which is thinner than the original thickness since most of the impurities except for carbon and the foaming agent are removed.
이어, 탄화된 폴리이미드 필름을 꺼낸 후 열 분해로에 넣고 온도를 올려 잔류하는 발포제를 휘발시키면 탄화된 폴리이미드 필름은 팽창되어 흑연화(graphitized)된 팽창 필름을 형성한다.Then, after taking out the carbonized polyimide film, put it in a thermal decomposition furnace, raise the temperature to volatilize the remaining foaming agent, the carbonized polyimide film is expanded to form a graphitized expanded film.
흑연화는 2500℃ 내지 3200℃의 아르곤 가스 분위기에서 이루어질 수 있다.Graphitization may be performed in an argon gas atmosphere at 2500°C to 3200°C.
또 다른 측면에서 폭 방향으로 연신된 폴리이미드 필름이 탄화되고 흑연화 되는 과정에서 흑연화 된 필름은 두께 방향으로 일부 두꺼워지는 팽창을 할 수도 있다.In another aspect, in the process of carbonization and graphitization of the polyimide film stretched in the width direction, the graphitized film may expand to partially thicken in the thickness direction.
팽창되고 흑연화된 필름은 다시 두께가 대략 원래의 두께인 50㎛ 정도가 되고, 다수의 그래핀 층(110)이 간극(120)을 개재하여 적층된 구조를 갖게 된다.The expanded and graphitized film again has a thickness of about 50 μm, which is the original thickness, and has a structure in which a plurality of graphene layers 110 are stacked with
팽창되고 흑연화된 필름의 외부로 노출된 표면은 울퉁불퉁하게 거칠어 표면적이 넓고 두께 방향으로 간극(120)에 의해 표면적이 넓다. The surface exposed to the outside of the expanded and graphitized film is rough and has a large surface area due to the
흑연화된 팽창 필름은 칼날을 사용하는 믹서를 이용하여 대략 원하는 치수 및 형상으로 잘게 분쇄한다.The graphitized expanded film is comminuted to approximately desired dimensions and shapes using a mixer using a blade.
여기서, 팽창 필름은 판상의 탄소 육각형 구조가 일정한 간격으로 떨어져 있기 때문에 내부에 많은 공간이 형성되어 있어 칼날이 회전하는 분쇄기에 의한 분쇄가 쉽게 이루어지고, 분쇄에 의해 형성되는 분말의 형상이 일정하게 되기 용이하다.Here, the expanded film has a lot of space inside because the plate-shaped carbon hexagonal structure is spaced apart at regular intervals, so that it is easily pulverized by a pulverizer that rotates the blade, and the shape of the powder formed by pulverization becomes constant. Easy.
팽창 필름은 기계적인 강도가 약하기 때문에 다양한 형상을 갖을 수 있고, 작은 치수로도 제공되기 용이하다. 예를 들어, 작은 치수의 분말은 이차전지의 전극재로 사용될 수 있고 큰 치수의 분말은 열전 시트의 재료로 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 이들 분말이 열전도성 시트에 적용되는 경우에 면 방향의 좋은 열전도율 및 전기전도율을 제공하기 위하여 분말의 표면의 크기는 80㎛ 내지 800㎛ 일 수 있다.Since the expandable film has weak mechanical strength, it can have various shapes and is easily provided even with small dimensions. For example, a powder having a small size may be used as an electrode material for a secondary battery, and a powder having a large size may be used as a material for a thermoelectric sheet. More specifically, when these powders are applied to a thermally conductive sheet, the size of the surface of the powder may be 80 μm to 800 μm in order to provide good thermal and electrical conductivity in the plane direction.
분쇄 시 칼날이 회전하는 분쇄기가 아니고, 팽창 필름을 힘으로 누르면서 분쇄하는 경우, 기공이 많이 파괴될 수 있다는 단점이 있다.When pulverizing is not a pulverizer in which the blade rotates, but when pulverizing while pressing the expandable film with force, there is a disadvantage that many pores may be destroyed.
이후, 메쉬(mesh) 등을 사용하여 분말을 분급(classification)하여 더 일정한 크기와 형상의 분말을 제조할 수 있다.Thereafter, the powder may be classified using a mesh or the like to prepare a powder having a more uniform size and shape.
예를 들어, 면 방향의 열전도율이 좋게 분급 시 면 방향의 치수가 두께 방향의 치수 보다 3배 이상 큰 것만을 분급할 수도 있으나 이에 한정하지는 않는다.For example, when classifying with good thermal conductivity in the plane direction, only those whose dimension in the plane direction is three times or more larger than the dimension in the thickness direction may be classified, but the present invention is not limited thereto.
결과적으로, 팽창 필름을 분쇄하기 때문에 균일한 두께와 매끄로운 표면을 제공하기 위한 롤 프레스에 의한 압연 공정이 필요 없고, 분쇄의 작업성이 좋아 제조원가를 줄일 수 있어 경제적이고 균일한 분말을 얻기 용이하다.As a result, since the expanded film is pulverized, there is no need for a rolling process by a roll press to provide a uniform thickness and a smooth surface. .
특히, 이와 같이 제조된 그라파이트 분말은 분말 내부에 체적대비 공간이 많이 형성되어 있어, 가령 후술하는 것처럼, 금속층을 도금에 의해 형성할 때 도금액이 빈 공간의 간극(120)으로 침투하여 내부의 일부, 예를 들어 가장자리의 일부를 채울 수 있다.In particular, the graphite powder prepared in this way has a lot of space compared to the volume inside the powder, so, as will be described later, when the metal layer is formed by plating, the plating solution penetrates into the
또 다른 사용 예로, 팽창된 그라파이트 분말이 이차전지에 사용될 경우 그라파이트 분말의 표면적이 커서 대향하는 대상물과의 전하의 이동량을 크게 할 수 있고 간극(120)에 전해물질을 더 많이 저장할 수 있다는 장점이 있다.As another example of use, when the expanded graphite powder is used in a secondary battery, the surface area of the graphite powder is large, so the amount of transfer of electric charge with an opposing object can be increased, and more electrolytes can be stored in the
또 다른 사용 예로, 팽창된 그라파이트 분말이 가압에 의한 압축 성형되어 성형체를 제조하는데 사용되는 경우 그라파이트 분말이 팽창되었기 때문에 가압에 의해 많이 눌려 다양한 형상의 성형체를 제공하기 유리하다.As another example of use, when the expanded graphite powder is compression molded by pressing and used to manufacture a molded article, it is advantageous to provide a molded article of various shapes by being pressed a lot by pressing because the graphite powder is expanded.
여기서, 팽창된 그라파이트 분말을 프레스로 가압 압축하면 그라파이트 분말의 두께는 대략 원래의 두께의 20% 내지 60%의 두께가 된다.Here, when the expanded graphite powder is press-compressed with a press, the thickness of the graphite powder is approximately 20% to 60% of the original thickness.
이 실시 예에서, 제조되는 그라파이트 분말의 형상은 폴리이미드 필름의 두께, 분쇄 방법 및 거름 방법에 따라 용도에 맞는 구상, 판상, 다각형 등의 다양한 형상을 구비할 수 있다. 예를 들어, 분말 표면의 크기는 1㎛ 내지 1000㎛일 수 있는데 이에 한정하지는 않는다.In this embodiment, the shape of the graphite powder to be manufactured may have various shapes such as spherical, plate-like, polygonal, etc. suitable for use according to the thickness of the polyimide film, the grinding method and the filtering method. For example, the size of the surface of the powder may be 1㎛ to 1000㎛, but is not limited thereto.
이 실시 예에서, 그라파이트 분말을 만들기 위한 소스로서 탄소의 함유량이 많고, 탄소의 배열이 균일하여 열처리 시 발포가 되는 고가의 폴리이미드 필름에 한정되지 않고 값싼 코르크에서 추출된 피치를 잘 정제하여 제조한 필름을 연신하고 팽창하여 적용함으로써 재료비를 줄여 제조원가를 낮출 수 있다.In this embodiment, as a source for making graphite powder, it is not limited to an expensive polyimide film that has a large content of carbon and a uniform arrangement of carbon, which is foamed during heat treatment, but is manufactured by well refining the pitch extracted from cheap cork. By stretching and expanding the film, the material cost can be reduced and the manufacturing cost can be lowered.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 인조 그라파이트 분말을 나타내는 사진이다.2 is a photograph showing an artificial graphite powder according to an embodiment of the present invention.
도 2와 같이, 본 발명의 인조 그라파이트 분말은 거친 표면을 구비한다.As shown in Figure 2, the artificial graphite powder of the present invention has a rough surface.
이와 같이 인조 그라파이트 분말의 입자 크기 및 형상은 용도에 따라 다양하게 제공될 수 있다.As such, the particle size and shape of the artificial graphite powder may be provided in various ways depending on the use.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 인조 그라파이트-금속 복합 분말을 보여준다.3 shows an artificial graphite-metal composite powder according to another embodiment of the present invention.
인조 그라파이트-금속 복합 분말은 인조 그라파이트 분말(200)에 금속층(230)이 도금에 의해 형성되어 이루어진다.The artificial graphite-metal composite powder is formed by plating the metal layer 230 on the
실제로 인조 그라파이트 분말과 금속 분말은 각자의 비중 때문에 잘 섞이지 않기 때문에 이들 대체하기 위해 인조 그라파이트-금속 복합 분말을 사용할 수 있다.In fact, artificial graphite powder and metal powder do not mix well due to their specific gravity, so artificial graphite-metal composite powder can be used to replace them.
인조 그라파이트-금속 복합 분말에서, 인조 그라파이트 분말(200)의 중량은 두 재료의 비중 등을 고려하여 바람직하게 총 중량의 5% 내지 60%일 수 있으나 인조 그라파이트-금속 복합 분말로 제조할 제품의 목적에 따라 이에 한정되지 않는다.In the artificial graphite-metal composite powder, the weight of the
인조 그라파이트 분말의 중량이 큰 경우 면 방향의 열전도율이 좋으나 기계적인 강도가 낮고, 금속 분말의 중량이 큰 경우에 기계적인 강도 및 두께 방향의 열전도율이 좋으나 면 방향의 열전도율이 낮다.When the weight of the artificial graphite powder is large, the thermal conductivity in the plane direction is good but the mechanical strength is low, and when the weight of the metal powder is large, the mechanical strength and thermal conductivity in the thickness direction are good, but the thermal conductivity in the plane direction is low.
상기의 일 실시 예와 같이, 인조 그라파이트 분말(200)은 발포되어 두께 방향으로 다수의 그래핀 층(210)이 간극(220)을 개재하여 적층되어 이루어지며 전체적으로 비늘 형상을 구비하며, 각 그래핀 층(210)은 발포 과정에서 발포(팽창)하여 울퉁불퉁한 표면을 갖게 된다.As in the above embodiment, the
팽창된 인조 그라파이트 분말(200)의 넓은 표면적은 많은 양의 금속층(230)을 밀착성이 좋게 제공할 수 있다. The large surface area of the expanded
금속층(230)은 도금에 의해 두께 방향의 양측 그래핀 층(210)의 표면에 형성된 금속층(232), 도금액이 간극(220)을 따라 침투하여 형성되는 금속층(234)으로 구성된다.The metal layer 230 includes a
도금은 도금 중에 기계적인 강도가 낮은 인조 그라파이트 분말(200)이 적게 손상을 입도록 무전해 도금일 수 있다.The plating may be electroless plating so that the
금속층(230)은 열전도율 및 전기전도율이 좋으며 연신이 잘 되는 구리, 구리 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성될 수 있으나 니켈 등을 포함할 수 있다.The metal layer 230 may be made of copper, a copper alloy, aluminum, or an aluminum alloy that has good thermal and electrical conductivity and has good elongation, but may include nickel or the like.
금속층(230)에 의해 발포된 그라파이트 분말(200)은 감싸져 결과적으로 인조 그라파이트-금속 복합 분말은 인조 그라파이트 분말보다 기계적인 강도가 좋고 윤활성이 작아진다는 특성이 있다.The
도 3을 보면, 그래핀 층(210) 사이의 간극(220)이 일정하지 않고 넓거나 좁게 형성되어 있어, 넓은 간극에는 도금액이 깊이 침투하고 좁은 간극에는 도금액이 얕게 침투할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the
본 발명의 또 다른 실시 예는 인조 그라파이트 분말(200)에 금속층(230)이 도금에 의해 형성되어 이루어진 인조 그라파이트-금속 복합 분말을 가압한 압축된 인조 그라파이트-금속 복합 분말이다.Another embodiment of the present invention is a compressed artificial graphite-metal composite powder by pressing the artificial graphite-metal composite powder formed by forming the metal layer 230 on the
압축된 인조 그라파이트-금속 복합 분말의 두께는 도 3의 인조 그라파이트-금속 복합 분말의 원래 두께의 20% 내지 60%가 압축된 것이 바람직하다.The thickness of the compressed artificial graphite-metal composite powder is preferably 20% to 60% of the original thickness of the artificial graphite-metal composite powder of FIG. 3 compressed.
압축된 인조 그라파이트-금속 복합 분말은 다양한 구조 및 특성을 갖는 열 전달 복합시트를 제조하는데 사용될 수 있다.The compressed artificial graphite-metal composite powder can be used to manufacture heat transfer composite sheets having various structures and properties.
이 실시 예에 의한 인조 그라파이트-금속 복합분말을 적용하여 열 전달 복합시트를 제조할 수 있는데, 가령 인조 그라파이트-금속 복합분말을 금형에 넣고 힘을 가하여 일정 형상을 갖는 성형체로 만든 후 성형체를 금속층(230)이 용융되는 온도 근방의 온도에서 환원분위기로 열처리하여 금속층(230)이 용융되어 서로 연결되도록 할 수 있다.The heat transfer composite sheet can be manufactured by applying the artificial graphite-metal composite powder according to this embodiment. For example, the artificial graphite-metal composite powder is put into a mold and applied force to make a molded body having a certain shape, and then the molded body is formed into a metal layer ( Heat treatment in a reducing atmosphere at a temperature near the melting temperature of 230 may cause the metal layers 230 to be melted and connected to each other.
이러한 구조에 의하면, 금속층(232, 234)이 용융되어 서로 연결됨으로써, 면 방향을 물론이고 두께방향으로의 열 전도율을 향상시킬 수 있고, 금속층(232, 234)의 연결에 의해 열 전달 복합시트의 전체적인 기계적인 강도를 증가시킬 수 있고 두께 방향의 열전도율 및 전기전도율을 향상시킬 수 있다.According to this structure, the metal layers 232 and 234 are melted and connected to each other, so that the thermal conductivity in the thickness direction as well as in the plane direction can be improved, and by the connection of the metal layers 232 and 234, the heat transfer composite sheet It is possible to increase the overall mechanical strength and improve the thermal conductivity and electrical conductivity in the thickness direction.
이 경우에, 열 전달 복합시트에 좋은 열전도율 및 전기전도율을 제공하기 위하여 분말의 표면의 크기는 80㎛ 내지 800㎛이 바람직하다.In this case, the size of the surface of the powder is preferably 80 μm to 800 μm in order to provide good thermal and electrical conductivity to the heat transfer composite sheet.
또한, 인조 그라파이트-금속 복합분말에 그라파이트 파이버나 구리 또는 알루미늄의 금속 분말을 더 포함하여 성형체를 형성할 수 있다.In addition, the artificial graphite-metal composite powder may further include a graphite fiber or a metal powder of copper or aluminum to form a molded body.
이 경우, 인조 그라파이트-금속 복합분말과 금속 분말의 혼합은 인조 그라파이트 분말과 금속 분말보다는 잘 혼합되며, 이들의 혼합 비율은 면 방향의 열전도율을 고려하여 인조 그라파이트-금속 복합분말의 중량대비 비율이 50% 이상이 바람직하다.In this case, the artificial graphite-metal composite powder and the metal powder are mixed better than the artificial graphite powder and the metal powder, and their mixing ratio is 50 in consideration of the thermal conductivity in the plane direction. % or more is preferred.
상기와 같이 제조된 열 전달 복합시트는 그라파이트 분말이 면 방향으로 누어져 있는 경우에 그라파이트 분말에 의해 면 방향의 열전도율이 두께 방향의 열 전도율이 좋을 수밖에 없지만, 용융되어 서로 연결되는 금속층(232, 234)에 의해 두께방향의 열 전도율 및 전기전도율이 향상된다.In the heat transfer composite sheet prepared as described above, when the graphite powder is laid down in the plane direction, the thermal conductivity in the plane direction due to the graphite powder and the thermal conductivity in the thickness direction are inevitably good, but the metal layers 232 and 234 that are melted and connected to each other ), the thermal conductivity and electrical conductivity in the thickness direction are improved.
바람직하게, 열 전달 복합시트의 두께는 0.06mm 이상일 수 있다.Preferably, the thickness of the heat transfer composite sheet may be 0.06 mm or more.
한편, 열 전달 복합시트를 제조할 때, 인조 그라파이트-금속 복합분말에 압력을 가하여 복합분말의 두께가 원래 두께의 1/4 이상 눌려진 상태에서 금형에 넣고 힘을 가하여 일정 형상을 갖는 성형체로 만든 후 성형체를 금속층(230)이 용융되는 온도 근방의 온도에서 환원분위기로 열처리하여 금속층(230)이 용융되어 서로 연결되도록 하여 열 전달 복합시트를 제조할 수 있다.On the other hand, when manufacturing the heat transfer composite sheet, pressure is applied to the artificial graphite-metal composite powder, and the thickness of the composite powder is pressed to 1/4 or more of the original thickness, put it in a mold, and apply force to make a molded body having a certain shape. By heat-treating the molded body in a reducing atmosphere at a temperature near the melting temperature of the metal layer 230 so that the metal layer 230 is melted and connected to each other, a heat transfer composite sheet can be manufactured.
바람직하게, 열 전달 복합시트의 두께는 0.06mm 이상일 수 있다.Preferably, the thickness of the heat transfer composite sheet may be 0.06 mm or more.
바람직하게, 제조 방법이 용이하게 열 전달 복합시트의 면 방향의 열전도율은 두께 방향의 열전도율보다 좋으나 이에 한정하지 않는다.Preferably, the thermal conductivity in the plane direction of the heat transfer composite sheet for easy manufacturing method is better than the thermal conductivity in the thickness direction, but is not limited thereto.
바람직하게, 열 전달 복합시트의 면 방향 및 두께 방향의 열전도율은 구리 보다 높은 400W/m.K 이상이다.Preferably, the thermal conductivity of the heat transfer composite sheet in the plane direction and in the thickness direction is 400 W/m.K or more, which is higher than that of copper.
이상에서는 본 발명의 실시 예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경을 가할 수 있음은 물론이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 상기한 실시 예에 한정되어 해석될 수 없으며, 이하에 기재되는 청구범위에 의해 해석되어야 한다.Although the above description has been focused on the embodiments of the present invention, it goes without saying that various changes can be made at the level of those skilled in the art. Accordingly, the scope of the present invention cannot be construed as being limited to the above-described embodiments, and should be construed by the claims described below.
100: 인조 그라파이트 분말
110: 그래핀 층
120: 간극100: artificial graphite powder
110: graphene layer
120: gap
Claims (17)
상기 인조 그라파이트 분말은 폴리이미드 필름을 탄화 및 흑연화하여 상기 폴리이미드 필름에 포함된 발포제에 의해 팽창된 흑연화 필름을 분쇄하여 형성하고, 상기 팽창에 의해 형성된 간극을 개재하여 두께방향으로 적층된 다수의 그래핀 층을 구비하고, 상기 그래핀 층 각각은 울퉁불퉁한 표면을 구비하여 내부의 공간이 증가되며,
상기 금속층은, 상기 도금에 의해 상기 두께 방향의 양측 그래핀 층의 표면에 형성된 제1금속층, 상기 도금시 도금액이 상기 간극을 따라 침투하여 형성된 제2금속층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인조 그라파이트-금속 복합분말.An artificial graphite-metal composite powder in which a metal layer is formed on the artificial graphite powder by plating,
The artificial graphite powder is formed by carbonizing and graphitizing a polyimide film, pulverizing a graphitized film expanded by a foaming agent included in the polyimide film, and interposing a gap formed by the expansion in the thickness direction. of the graphene layer, and each of the graphene layers has an uneven surface to increase the internal space,
The metal layer comprises a first metal layer formed on the surfaces of both graphene layers in the thickness direction by the plating, and a second metal layer formed by penetrating the plating solution along the gap during the plating. powder.
상기 인조 그라파이트-금속 복합분말에 그라파이트 파이버나 구리 또는 알루미늄의 금속 분말을 더 포함하여 상기 성형체를 형성하는 것을 특징으로 하는 열 전달 복합시트.In claim 12,
The artificial graphite-heat transfer composite sheet, characterized in that it further comprises a graphite fiber or a metal powder of copper or aluminum to the metal composite powder to form the molded body.
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