铝-石墨复合材料制备工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高导热石墨复合材料领域，特别涉及一种高导热的铝-石墨复合材料 制备工艺。
【背景技术】
[0002] 目前我国高端电子工业器件（例如高功率密度电子器件）向尺寸小型化、结构紧 凑化、功能多元化、高功率密度化方向发展，由此引发的散热问题已经严重影响到高功率电 子器件的工作稳定性和可靠性，因此，对其运行过程中产生的热量强化导出与放散提出了 更高的要求。这些电子器件上所用的热控件一般采用铝、铜、银等金属材料，但是，该类材料 不仅导热率低，而且质量重、热膨胀系数大等，极大地限制了其作为电子器件封装散热材料 的广泛使用，所以研究和开发质量轻、导热率高的新型材料对于实现部件的小型化、装置轻 量化和运行高效化具有重要意义。在导热设计面临重量、体积、性能、价格的挑战的当今时 代，人们想到使用石墨材料代替传统的金属导热材料，石墨材料的特殊分子结构使其具有 良好的热传性，理论值高达2000的热传导系数，比所有金属导体如银、金都高，而且其资源 丰富、易获取，但是由于石墨本身的结构为SP2结构，在X-Y轴有很好的传导性，但在Z轴的 传导性就非常差。再加上天然石墨本身有很多的孔隙存在，一般在X-Y轴的热传导系数是 200-800W/m. K但在Z轴却只有5-30W/m. K而已，但在工业应用中往往必须利用材料的Z轴 散热，因此传统石墨材料很难作为散热材料在工业生产中得到应用。
[0003] 为克服上述石墨材料作为散热材料上所存在的缺陷，人们通过高温改变石墨的分 子排列，使其Z轴热传导得到提高，采用高压和金属复合提高其各向异性使其达到散热方 向可控。采用石墨与金属复合产生的高导热材料具有重量较轻、资源相对比有色金属丰富 易攫取、加工工艺简单，在世界面临有色金属资源缺乏的年代，采用石墨与金属复合的高导 热材料做散热体确实是一场工业产业上的革命。
[0004] 然而传统的石墨与金属材料复合工艺如粉末冶金法，是将石墨颗粒与金属粉末 (如：铝或铝合金粉末）混合，经压实成型、烧结形成复合材料，这种工艺涉及的设备比较复 杂，而且铝粉颗粒表面氧化膜及材料的孔隙使复合材料力学性能较弱。因此很有必要提出 一种新的改进的石墨与金属材料的复合制备工艺。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种铝-石墨复合材料制备工艺，其所要解决的技术问题 在于：传统的石墨与铝的复合材料制备方式大多为将石墨颗粒与铝粉末混合均匀然后经过 压实烧结成型，工艺复杂、成本高，而且制备的复合材料力学性能弱，不利于推广应用。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供一种铝-石墨复合材料制备工艺，其包括如下 步骤：
[0007] -、混料，取易石墨化炭、粘合剂以及催化剂混合均匀，再加入扩散剂混合均匀，最 后烘干制成混合粉料；
[0008] 其中，所述混料过程中各组分按重量份数计为：
[0009] 易石墨化炭 70-80份（大致数量范围）_; 粘合剂 19-23份； 漼化剂 2-4份； 扩散剂 0.7-1.3份;
[0010] 所述易石墨化炭破碎过50目筛、灰分0· 3% ;
[0011] 二、制坯，将步骤一得到的混合粉料冷压成型制得毛坯；
[0012] 三、第一次焙烧，将步骤二制得的毛坯进行焙烧，其中焙烧的温度为1100-1200摄 氏度之间；
[0013] 四、浸渍，将经过第一次焙烧后的毛坯进行浸渍得到浸渍坯，浸渍液为浸渍沥青；
[0014] 五、第二次焙烧，将浸渍坯进行第二次焙烧，其中焙烧的温度为1100-1200摄氏度 之间；
[0015] 六、石墨化，将经过步骤五中第二次焙烧的毛坯置于石墨化炉中进行热处理得到 石墨化毛坯；
[0016] 七、浸铝，首先将石墨化毛坯的外表面清理干净，然后将其浸入800-900摄氏度的 纯铝液中，并在20MPa的条件下保压至少3小时，制得铝-石墨复合材料。
[0017] 所述粘合剂为中间相沥青，所述中间相沥青破碎过100目筛、软化点280摄氏度、 挥发份21. 5%，催化剂为绿碳化硅，扩散剂为蒽油；且上述步骤一中的所述易石墨化炭、粘 合剂以及催化剂在高速混捏机中混捏至少5分钟达到混合均匀，然后加入所述扩散剂混捏 0. 5-1. 0 小时。
[0018] 上述步骤二中的制坯是将所述混合粉料装入模具中在1000吨压机上压制成型， 由于受压机吨位影响，同时满足浸错要求，所述毛还的尺寸在300mm*300mm*120mm以内，通 过控制掺杂等来改善铝水对石墨纳米孔隙的浸润性，增强填充性，减少界面空洞，呈板条状 纳米石墨晶片可以高效地传输热量，同时与金属相比热膨胀率低。
[0019] 上述石墨化步骤中，将浸渍后的毛坯置于石墨化炉中，所述石墨化炉采用14米长 的艾奇逊炉，且所述艾奇逊炉的的开始功率lOOOkw以上，上升功率lOOkw/h，最后将所述艾 奇逊炉中的温度升温至2800摄氏度，并保持1小时，完成热处理，得到石墨化毛坯。
[0020] 上述步骤七中，首先清理所述石墨化毛坯的外表面，并使用超声波清洗石墨化毛 坯，将清洗后的石墨化毛坯在120摄氏度的条件下烘干，然后浸入纯铝液中。
[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用本发明的工艺制备的高导热的 铝-石墨复合材料，是由炭、铝复合制成的材料，主要成分为炭，可再生重复使用，不会对环 境造成污染，且制备工艺简单具有良好的经济性；具有极佳的热传导性能，热传导率达到 380W/m. k，超过现行所有的LED散热材料，而且改变了石墨的分子排列，使其Z轴热传导得 到提高，采用高压和铝复合提高其各向异性使其达到散热方向可控；具有良好的导电性能， 电阻率为3u Ω . m ;具有良好的切削性，适合做精密切削加工，不易变形，便于工业化加工； 与铝铜材料相比能够抗耐冲击瞬间电流，表面不存在氧化；在平面上有极快的均衡散热速 度特性，不会对电器组件造成聚热疲劳，使得被散热的元器件使用寿命长，而且重量轻、厚 度薄，在厚度上有较高的导热性，在平面方向上可以做屏蔽热源和组件，比重比铜轻80%， 比铝轻30%。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明的方法制备的铝-石墨复合材料的扫描电子显微图。
[0023] 图2为本发明的方法制备的铝-石墨复合材料的EDS扫描图。
[0024] 图3为EDS对图2中方框区域扫描得出的成分分析图。
[0025] 图4为纳米级铝-石墨复合材料的透射电镜照。
【具体实施方式】
[0026] 以下将结合较佳实施例对本发明提出的一种高导热的铝-石墨复合材料制备工 艺作更为详细说明，下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照 制造厂商所建议的条件进行。
[0027] 实施例一：
[0028] 本发明提供一种高导热的铝-石墨复合材料，型号为CA-10,如图1所示，其扫描电 子显微图下观测到的纹理结构平顺整齐、纹理结构明显有规则，使用EDS扫描图2中线框中 区域，所得到的成份分析如图3以及下表一所示。
[0031] 所述CA-10型的高导热的错-石墨复合材料的制备工艺步骤为：
[0032] 第一步，首先按重量份数计取75份破碎过50目筛、灰分0.3%的易石墨化炭、21 份的中间相沥青作为粘合剂以及3份的绿碳化硅作为催化剂在高速混捏机中混捏至少5分 钟，所述中间相沥青破碎过100目筛、软化点280摄氏度、挥发份21. 5%，达到基本分散均 匀，然后加入1份的蒽油作为扩散剂混合0. 5-1. 0小时，最后将混合料烘干制得混合粉料；
[0033] 第二步，将混合粉料装入模具中，在1000吨压机上压制成尺寸在 300mm*300mm* 120mm 以内毛还；
[0034] 第三步，将毛坯进行温度为1200摄氏度的高温焙烧；
[0035] 第四步，将经过焙烧后的毛坯置于浸渍沥青中进行浸渍得到浸渍坯；
[0036] 第五步，将浸渍坯进行第二次温度为1200摄氏度的高温焙烧；
[0037] 第六步，将经过第二次焙烧的毛坯置于石墨化炉中，所述石墨化炉采用14米长的 艾奇逊炉，所述艾奇逊炉的的开始功率lOOOkw以上，上升功率lOOkw/h，最后将所述艾奇逊 炉中的温度升温至2800摄氏度，并保持1小时，完成热处理，得到石墨化毛坯；
[0038] 第七步，将石墨化毛坯表面清理干净，并放入超声波清洗池中进行超声波清洗，然 后再120摄氏度的条件下烘干，将清理、烘干后的石墨化毛坯浸入850摄氏度的纯铝液中， 并在20MPa的条件下包压3小时即可制得所述高导热的铝-石墨复合材料。
[0039] 本发明的制备工艺采用以易石墨化炭为骨料，以中间相沥青为粘合剂，加以特种 催化剂，通过混捏、成型、焙烧、浸渍、石墨化过程制得石墨化毛坯，然后对石墨化产品进行 浸铝处理提高其密度降低气孔率来进一步提高产品的导热率，整个过程影响了材料的物理 性能和微观结构，从而制得高导热的铝-石墨复合材料，本发明的方法制得的CA-10型的 高导热的铝-石墨复合材料根据特性优势可广泛应用于手机、电视机、等离子显示器、投影 设备、液晶显示器背光源、计算机、CPU、服务器、内存、电源、LED、二