一种超微细电热材料复合加工工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种碳质的导热系数高的热交换材料制备，尤其是一种超微细电热材料复合加工工艺，先选用重量百分比40%-80%含碳量为90%以上的膨胀(酸化)石墨和10%-30%含碳量90%以上纳米级（鳞片）石墨粉及10%-30%纳米级中间相碳粉,逐渐依比例放入高温反应炉，控制温度为350℃-500℃中逐渐升温混合2-5小时,得到浓稠碳混合液体；然后将浓稠碳混合液体于350℃-500℃温度中经模压、辊压或射出并在大于120MPa的压力下成形；再经碳化、石墨化制成各种形状的纳米级超高导热碳复合材料，其工艺简单，制成的材料导热系数高，可广泛应用于热管理场合的热交换设备制造。
【专利说明】—种超微细电热材料复合加工工艺【技术领域】:
[0001]本发明涉及一种碳质的电热材料导热系数高的热交换材料制备工艺，尤其是一种超微细电热材料复合加工工艺。
技术背景:
[0002]随着越来越复杂的电子设备的发展，包括能够提高处理速度和更高频率，具有更小尺寸和更复杂的功率需求，和显示出其它技术优点的那些电子设备，例如电子和电气组件及系统还有其它器件如高功率的光学器件中的微处理器和集成电路，可以产生相对极端的温度。然而，微处理器、集成电路和其它复杂电子组件典型地仅在一定的临界温度范围内有效地运行。在这些远件运行期间产生的过量热不仅能够损害它们自己的性能，而且还能够降低整个系统的性能和可靠性，甚至能够引起系统故障。愈加宽泛的环境条件范围，其包括电子系统在其中如期运行的温度极限，加剧了过量热的负效应。
[0003]随着对从微型电子器件中散热的需求的增长，热控制变成电子产品日益重要的设计因素。电子设备的性能可靠性和预期寿命与设备组件的温度成相反关系。例如，器件如典型硅半导体的运行温度的降低可以对应处理速度、可靠性和预期寿命的增加。因此，为了使组件的寿命和可靠性最大化，将器件运行温度控制在由设计者设置的界限中是极为重要的。
[0004]现有的这些散热设备使热从热源例如发热的电子器件的表面容易的散发到较冷的环境中，通常为空气中。散热设备主要通过增加直接与空气或其它热传递介质接触的表面积，试图提高电子器件和周围空气之间的热传递效率。这使更多的热被分散，并且因此降低电子器件运行温度。散热组件的主要目的是要帮助将器件温度维持在由它的设计者/制造者指定的最大允许温度以下。
[0005]目前典型地散热装置一般`由金属形成，尤其是铜或铝，归因于像铜这样的金属能够容易的吸热并且能够将热转移到它的整个结构周围。铜散热设备经常由散热片或其它结构形成以增加散热设备的表面积，空气被(例如风扇)强制穿过或通过散热片以使得热从电子组件中通过铜散热设备散发到空气中。使用铜或铝散热部件能带来不少问题，因为金属的重量，尤其在散热组件的散热面积明显大于电子器件的面积时。例如，每立方厘米的纯铜重8.96克(g/cm3)以及纯铝重2.70g/cm3。在许多应用中，几种散热设备需要设置在例如电路板上以散发来自板上各个组件的热。如果使用金属散热设备，板上金属的纯重量能够增加板破裂的机会或其它同样不希望影响的机会，并且增加组件自身的重量。对于便携式电子设备，尤其需要减少重量同时维持散热特性的任何方法。
[0006]因石油飙涨及不可回收天然资源的短缺，找出替代铝及铜之材料是目前最重要的课题。而作为导热系数高于铜导热系数380W/mK跟铝导热系数240W/mK的散热材料代表是钻石，钻石是碳组成的晶体形式，钻石的导热系数最高为2000W/mK，但钻石价格的昂贵及取得不易是无法取代铜跟铝最重要的问题。如何增加导热系数，生产容易及降低成本以满足不同热管理的系统需要，已成为了一个急待解决的课题。
【发明内容】
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[0007]本发明的目的在于克服现有散热材料技术中存在的缺点，寻求一种为了解决热管理系统上的技术问题而提供一种超微细电热材料复合加工工艺。
[0008]为了实现上述目的，本发明使用的原始材料包含膨胀(酸化)石墨、纳米级石墨粉及纳米级中间相碳粉在不同重量百分比例的混合下经过高温、高压、碳化、石墨化制成纳米级超高导热碳复合材料。
[0009]本发明中纳米级超高导热碳复合材料的制造方法是:先将膨胀石墨、纳米级石墨粉及纳米级中间相碳粉放入高温反应炉中混合，再将混合物经模压、辊压或射出成形，最后对上述材料依照导热系数不同进行碳化、石墨化以制成导热系数700W/mK以上之纳米级超高导热体。具体步骤为:先选用重量百分比为40%-80%含碳量为90%以上的膨胀(酸化)石墨和10%-30%含碳量90%以上纳米级(鳞片)石墨粉及10%-30%纳米级中间相碳粉，逐渐依比例放入高温反应炉，控制反应炉温度为350°C -500°C中逐渐升温混合2-5小时，得到浓稠碳混合液体；然后将浓稠碳混合液体于350°C -500°C温度中经模压、辊压或射出并在大于120MPa的压力下成形；再经碳化、石墨化制成各种形状的纳米级超高导热碳复合材料。
[0010]本发明所采用纳米级(鳞片)石墨粉及纳米级中间相碳粉原料最好为高纯度纳米级原料；浓稠碳混合液体经模压、辊压或射出成形其压力最好大于150MPa ;其温度最好大于450°C。浓稠碳混合液体经模压，辊压或射出成形之产品须经过1000°C碳化及最好3000°C石墨化处理方能达到最高导热系数之产品。
[0011]本发明与现有技术相比具有下列优点:一是工艺简单，经将原料高温混合后即可直接模压，辊压或射出成形，再碳化，石墨化制成纳米级超高导热碳复合材料；二是大量使用纳米(鳞片)石墨粉来做为微小气孔填充(填补)物主要目的是把膨胀(酸化)石墨之所有之微小气孔填充(填补)完全，使此设备微小气孔中无空气存在达成提高导热系数之目的；三是大量使用纳米级中间相碳粉来做为黏结剂主要目的是把所有松散的又无连接之碳分子在碳化及石墨化的过程中紧紧的黏结在一起其结果将导致导热系数大大提升至导热系数700W/mK以上。
【具体实施方式】:
[0012]实施例1:
[0013]将40%含碳量92%的膨胀(酸化)石墨，30%含碳量95%纳米级(鳞片)石墨粉及30%纳米级中间相碳粉，逐渐依比例放入高温反应炉在惰性气体保护下以350°C -500°C中逐渐升温混合3小时，得到浓稠碳混合液体后进行热压模，模压温度为450°C，压力为150MPa模压成片，最后将模压材料进行1000°C之碳化停留2小时，石墨化3000°C停留I小时，所得材料的导热系数为517W/mK，密度为1.81g/cm3。
[0014]实施例2:
[0015]将80%含碳量92%的膨胀(酸化)石墨，10%含碳量93%纳米级(鳞片)石墨粉及10%纳米级中间相碳粉，逐渐依比例放入高温反应炉在惰性气体保护下以350°C -500°c中逐渐升温混合3小时，得到浓稠碳混合液体后进行热压模，模压温度为450°C，压力为180MPa模压成片，最后将模压材料进行1000°C之碳化停留2小时，石墨化3000°C停留I小时，所得材料的导热系数为563W/mK，密度为1.89g/cm3。
[0016]实施例3:
[0017]将60%含碳量92%的膨胀(酸化)石墨，20%含碳量93%的纳米级(鳞片)石墨粉及20%纳米级中间相碳粉，逐渐依比例放入高温反应炉在惰性气体保护下以350°C -500°C中逐渐升温混合3小时，得到浓稠碳混合液体后进行热压模，模压温度为450°C，压力为230MPa模压成片，最后将模压材料进行1000°C之碳化停留2小时，石墨化3000°C停留I小时，所得材料的导热系数为610W/mK，密度为1.93g/cm3。
[0018]实施例4:
[0019]将60%含碳量94%的膨胀(酸化)石墨，20%含碳量95%的纳米级(鳞片)石墨粉及20%纳米级中间相碳粉，逐渐依比例放入高温反应炉在惰性气体保护下以350°C -500°C中逐渐升温混合3小时，得到浓稠碳混合液体后进行热压模，模压温度为450°C，压力为260MPa模压成片，最后将模压材料进行1000°C之碳化停留2小时，石墨化3000°C停留I小时，所得材料的导热系数为680W/mK，密度为1.99g/cm3。
[0020]实施例5:
[0021 ] 将60%含碳量95%的膨胀(酸化)石墨，20%含碳量95%的纳米级(鳞片)石墨粉及20%纳米级中间相碳粉，逐渐依比例放入高温反应炉在惰性气体保护下以350°C -500°C中逐渐升温混合3小时，得到浓稠碳混合液体后进行热压模，模压温度为450°C，压力为300MPa模压成片，最后将模压材料进行1000°C之碳化停留2小时，石墨化3000°C停留I小时，所得材料的导热系数为720W/mK，密度为2.05g/cm3。
[0022]从以上5个实施例可以看出，其膨胀石墨纯度越高，所制得的材料的导热系数越大，密度越好；其所做实施例中的原料比例均为重量比。
【权利要求】
1.一种超微细电热材料复合加工工艺，其特征在于先选用重量百分比为40%-80%含碳量为90%以上的膨胀(酸化)石墨和10%-30%含碳量90%以上纳米级(鳞片)石墨粉及10%-30%纳米级中间相碳粉，逐渐依比例放入高温反应炉，控制反应炉温度为350°C -500°C中逐渐升温混合2-5小时，得到浓稠碳混合液体；然后将浓稠碳混合液体于350°C -500°C温度中经模压、辊压或射出并在大于120MPa的压力下成形；再经碳化、石墨化制成纳米级超高导热碳复合材料。
【文档编号】H05B3/14GK103813486SQ201310596955
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月22日 优先权日:2013年11月22日
【发明者】于洪洲 申请人:于洪洲