专利名称：一种轻质高导热碳/金属复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及碳/金属复合材料及其制备方法。
背景技术：
随着复杂程度和功能以惊人的速度增加，微电子系统的功率在持续地增加， 体积却不断减小。电子元件本身也是热源，处在整个设备温度的最高点，过高 的温升往往是导致电子系统故障和失效的致命因素。为使电子系统(特别是敏 感电路和元器件)能持续稳定地工作，对其进行有效可靠的散热显然十分重要 因此，研究和开发高效率的电子散热材料和相关技术己刻不容缓。
石墨是碳元素的结晶体，具有比铜和银更大的热导率。沿石墨片层方向上
的高导热[理论值为数kW/(mK)]特性和垂直于石墨片层方向的低导热[理论
值为(6W/(mK))]特性与其特殊的层状结构有关。相比于上述金属基导热材料，
碳材料的导热系数明显高，而且自身质轻、耐腐蚀、原料价廉，在散热材料开 发方面具有更加优越的前途和市场。此外，我国石墨矿产资源丰富，分布面积
广阔，地矿储量大。
这种新型复合材料具有密度小、强度大、耐高温、抗腐蚀、抗辐射、高导 电、高导热、耐烧蚀、热膨胀系数小等优点。运用这种材料制作散热器，其导 热率高，且生产工艺简单，产品性能稳定，能有效提高计算机的使用效率，延 长汁算机的使用寿命。
发明内容
针对金属材料在散热领域中存在的不足，本发明的目的是提供一种轻质高 导热碳/金属复合材料及其制备方法。
本发明的轻质高导热碳/金属复合材料，它的组分及其重量百分比含量为 石墨粉 71%~96%; Cu粉 00/0~28%; Al粉 0%~28%; Ag粉 0%~28%;
高分子粘结剂3%—4%;上述Cu粉、Al粉和Ag粉的含量不同时为O，各 组分之和为100%。
上述的石墨粉的粒径在0.1 100微米。所说的Cu粉、Al粉和Ag粉的粒径 分别在0.5-500微米。
3本发明中，所说的石墨粉可以是天然鳞片石墨或人造石墨，其中，人造石 墨为石墨纤维、热解石墨、酸化石墨、膨胀石墨、柔性石墨和多孔石墨中的一 种或几种。
轻质高导热碳/金属复合材料的制备方法，步骤如下
按权利要求1所说的重量百分比含量称取石墨粉、CU粉、Al粉和Ag粉，
置于密闭容器中混合，混合的同时加入高分子粘结剂，混合0.5 24小时后，烘 干，制成坯体，然后在真空或者在氩气、氢气或氮气保护气氛下，于200°C以 上，大于8MPa压力下热固成型。
上述的高分子粘结剂可以是甲基纤维素、羟已基纤维素、羧甲基纤维素、 聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和聚乙烯亚胺中的一种或混合物。
本发明制备工艺简单，生产周期短。原料来源广，价格便宜。制得的复合材 料成品密度小、材料内部无微裂纹，机械强度好，热导率高。
具体实施方式
实施例1.
精选天然鳞片石墨粉末、铜粉、铝粉和银粉按照重量百分比78:6:6:7混 合，其余3%为甲基纤维素。混合是在转速10000转/分钟的搅拌器中进行，混合 的同时加入质量浓度为10%甲基纤维素水溶液，混合搅拌l小时；120。C烘干， 分散，将粉末压制成坯体，在真空300度30MPa压力下热压成型，得到轻质高 导热碳/金属复合材料。测量其沿热压方向导热率为9.5W/m.K，垂直热压方向导 热率为249 W/m-K。 实施例2.
热解石墨粉末和铜粉按照重量百分比71 :25混合，其余量4%为聚丙烯酰 胺。混合是在转速11000转/分钟的搅拌器中进行，混合的同时加入质量浓度为 5%聚丙烯酰胺水溶液，混合搅拌0.5小时；100。C烘干，分散，将粉末压制成坯 体，在氩气氛中300度30MPa压力下热等静压成型，得到轻质高导热碳/金属复 合材料。测量其沿热压方向导热率为8.8W/m>K，垂直热压方向导热率为236 W/m-K。 实施例3.
膨胀石墨粉末、铜粉、铝粉按照重量百分比90:3:4混合，其余3%为聚乙 烯醇。混合是在转速5000转/分钟的搅拌器中进行，混合的同时加入质量浓度为 10%聚乙烯醇水溶液，混合搅拌2小时；130。C烘干，分散，将粉末压制成坯体， 在真空600度50MPa压力下超高压烧结成型，得到轻质高导热碳/金属复合材料。 测量其沿热压方向导热率为9.1W/m,K，垂直热压方向导热率为228 W/m.K。
权利要求
1.一种轻质高导热碳/金属复合材料，其特征在于它的组分及其重量百分比含量为石墨粉 71％～96％；Cu粉0％～28％；Al粉0％～28％；Ag粉0％～28％；高分子粘结剂3％-4％；上述Cu粉、Al粉和Ag粉的含量不同时为0，各组分之和为100％。
2. 按权利要求1所述的轻质高导热碳/金属复合材料，其特征是石墨粉的粒 径为0.1 100微米。
3. 按权利要求1所述的轻质高导热碳/金属复合材料，其特征是所说的Cu 粉、Al粉和Ag粉的粒径分别在0.5 500微米。
4. 按权利要求1所述的轻质高导热碳/金属复合材料，其特征在于所说的石 墨粉是天然鳞片石墨或人造石墨，其中，人造石墨为石墨纤维、热解石墨、酸 化石墨、膨胀石墨、柔性石墨和多孔石墨中的一种或几种。
5. 按权利要求1所述的轻质高导热碳/金属复合材料的制备方法，其特征是 步骤如下按权利要求1所说的重量百分比含量称取石墨粉、Cu粉、Al粉和Ag粉， 置于密闭容器中混合，混合的同时加入高分子粘结剂，混合0.5 24小时后，烘 干，制成坯体，然后在真空或者在氩气、氢气或氮气保护气氛下，于200°C以 上，大于8MPa压力下热固成型。
6. 按权利要求5所述的轻质高导热碳/金属复合材料的制备方法，其特征是 所说的高分子粘结剂是甲基纤维素、羟已基纤维素、羧甲基纤维素、聚丙烯酰 胺、聚乙烯醇和聚乙烯亚胺中的一种或混合物。
全文摘要
本发明公开的轻质高导热碳/金属复合材料，它的组分及其重量百分比含量为石墨粉71％～96％；Cu粉0％～28％；Al粉0％～28％；Ag粉0％～28％；高分子粘结剂3％-4％；上述Cu粉、Al粉和Ag粉的含量不同时为0。制备骤如下按重量百分比含量称取石墨粉、Cu粉、Al粉和Ag粉，置于密闭容器中混合，混合的同时加入高分子粘结剂，混合0.5～24小时后，烘干，制成坯体，然后在真空或者在氩气、氢气或氮气保护气氛下，于200℃以上，大于8MPa压力下热固成型。本发明制备工艺简单，生产周期短。原料来源广，价格便宜。制得的复合材料成品密度小、材料内部无微裂纹，机械强度好，热导率高。
文档编号B22F3/02GK101549402SQ200910098620
公开日2009年10月7日 申请日期2009年5月18日 优先权日2009年5月18日
发明者丹 史, 安全福, 张孝彬, 程继鹏 申请人:浙江大学