本发明涉及一种导热材料、其制备方法及导热件。
背景技术：
散热一直是电子工业一项重点研究的工作，电子元器件的实际工作温度是影响其可靠性的关键因素之一。随着电子设备向着小型化、高功耗发展，其功耗密度逐步增加。电子设备的发热量也成倍增加，这也对系统的散热性能提出了更高的要求。导热界面材料是散热系统的关键物料，是连接芯片与散热器之间的热量传递的桥梁。导热界面材料一般包括作为基础材料的胶系，以及填充在胶系里的填料和分散剂等。填料类型的选择、胶系的选择及分散助剂的选择均会对导热界面材料的导热率产生很大的影响。
现有的导热界面材料其导热率大多在5w/m·k以下，在现有的粉体体系以及生产工艺条件下，其导热率难以有较大提升。
技术实现要素：
基于此，有必要提供一种导热率较高的导热材料、其制备方法及导热件。
一种导热材料，按重量百分比计，包括以下组分：
有机硅聚合物30％～70％；及
石墨碎片30％～70％；
石墨烯0％～10％；
其中，所述石墨碎片的厚度为5μm～50μm，所述石墨碎片的长度为30μm～300μm；所述导热材料中所述石墨碎片呈多层定向排布。
在其中一个实施例中，所述有机硅聚合物选自乙烯基聚硅氧烷、苯烯基聚硅氧烷、甲基苯烯酸硅氧烷及甲基乙烯基聚硅氧烷中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述石墨烯选自石墨烯片层粉体或石墨烯颗粒中的至少一种；所述石墨烯的厚度为2nm～10nm，长度为3μm～50μm。
在其中一个实施例中，所述导热材料包括10层～100层依次层叠的导热片材。
在其中一个实施例中，每层所述导热片材的厚度为0.3mm～0.5mm。
上述任一项所述的导热材料的制备方法，包括以下步骤：
将所述导热材料中的各组分混合开炼得到片状的导热片材；及
将多层所述导热片材依次层叠得到所述导热材料。
在其中一个实施例中，所述将所述导热材料中的各组分混合开炼得到片状的导热片材的步骤具体为：
将有机硅聚合物和石墨烯混合开炼15分钟～45分钟得到预混料；
将石墨碎片加入预混料中开炼至石墨碎片均匀分布在预混料中得到片状的导热片材。
在其中一个实施例中，所述将多层所述导热片材依次层叠的步骤之后还包括步骤：将依次层叠的多层所述导热片材进行横向切割。
在其中一个实施例中，将多层所述导热片材依次层叠的叠加压力为34.475kpa～68.95kpa。
在其中一个实施例中，所述石墨碎片由石墨粉碎得到，所述石墨选自天然石墨、膨胀石墨及人工石墨片中的至少一种。
一种导热件，所述导热件的材料为上述任一项所述的导热材料。
上述导热材料在有机硅聚合物中添加了石墨碎片，石墨碎片作为填料，石墨碎片通过将石墨片粉碎即可得到，且石墨碎片的导热率也很高，石墨碎片的厚度为5μm～50μm，石墨碎片的长度为30μm～300μm，石墨碎片的厚度与长度之间存在较大的尺寸差异，在导热材料中能达到较佳的取向的定向排布，进一步提高导热率；导热材料中石墨碎片呈多层定向排布，这种多层定向排布的结构能大幅提高导热材料的导热性能，石墨碎片多层定向排列后其平面内的导热率优势得到体现，导热界面材料导热率也极大提升。
附图说明
图1为实施例1的石墨碎片的sem图；
图2为实施例1的石墨碎片与有机硅聚合物开炼后得到的预混物的sem图；
图3为实施例2的导热材料的sem图；
图4为实施例5制备的导热件的照片。
具体实施方式
下面主要结合具体实施例对导热材料、其制备方法及导热件作进一步详细的说明。
一实施方式的导热材料，按重量百分比计，包括以下组分：
有机硅聚合物30％～70％；
石墨碎片30％～70％；
石墨烯0％～10％；
有机硅聚合物是导热材料的基础材料。优选的，有机硅聚合物选自乙烯基聚硅氧烷、苯烯基聚硅氧烷、甲基苯烯酸硅氧烷及甲基乙烯基聚硅氧烷中的至少一种。当然，需要说明的是，有机硅聚合物不限于为前面指出的几种材料，还可以为其他业内常用的有机硅聚合物。进一步优选的，有机硅聚合物的乙烯基聚硅氧烷的粘均分子量为60×104～70×104。
石墨碎片作为导热材料中的重要填料。石墨碎片的厚度为5μm～50μm，石墨碎片的长度为30μm～300μm。石墨碎片的厚度与长度尺寸差异性越大，取向的定向排布越佳。优选的，石墨碎片的长度与厚度比值为2：1～60:1。
优选的，石墨碎片由石墨经过粉碎得到，石墨选自天然石墨、膨胀石墨及石墨片中的至少一种。
优选的，石墨碎片的面方向导热系数不低于1500w/m·k(lf447测试)。
石墨烯作为导热材料的重要填料。石墨烯具有较大的比表面积且质轻，少量的石墨烯粉体就能形成一定的有效导热网络结构，显著的提升导热材料的导热性能。优选的，石墨烯选自单层石墨烯、双层石墨烯及少层石墨烯中的至少一种。需要说明的是，多层石墨烯也可以作为填料，在此并不排除多层石墨烯。
优选的，石墨烯的厚度为2nm～10nm，长度为3μm～50μm。
优选的，石墨烯选自石墨烯片层粉体或石墨烯颗粒中的至少一种。
优选的，石墨烯的比表面积为260m2/g～300m2/g。
优选的，石墨烯的松状密度为0.13-0.20g/cm3。
优选的，石墨烯的金属离子含量＜1000ppm。
导热材料为多层定向排布的多层结构。导热材料中含有石墨碎片，多层定向排布的多层结构能显著的提高导热材料的导热性能。在本实施方式中，导热材料包括至少10层依次层叠的导热片材，导热片材的层数可以根据需要来设置，在其中一个实施例中，导热材料包括10层～100层依次层叠的导热片材。每层导热片材中的石墨碎片由于厚度和长度尺寸差异较大容易达到取向的定向排布，多层导热片材依次层叠，从而石墨碎片呈多层定向排布。进一步优选的，每层导热片材的厚度为0.3mm～0.5mm。可以理解，石墨碎片呈多层定向排布的结构不限于采用多层导热片材依次层叠的方式，也可以采用其他方式。
上述导热材料在有机硅聚合物中添加了石墨碎片和石墨烯粉体作为填料，石墨烯具有较大的比表面积且质轻，少量的石墨烯粉体就能形成一定的有效导热网络结构，石墨烯的填充会有更多的接触效果实现更多的导热通道，显著的提升导热材料的导热性能；石墨烯的价格较高，而石墨碎片作为重要的填料，石墨碎片通过将石墨片粉碎即可得到，且石墨碎片的导热率也很高，石墨碎片的厚度为5μm～50μm，石墨碎片的长度为30μm～300μm，石墨碎片的厚度与长度之间存在较大的尺寸差异，在导热材料中能达到较佳的取向的定向排布，进一步提高导热率；导热材料中石墨碎片呈多层定向排布，这种多层定向排布的结构能大幅提高导热材料的导热性能；添加的石墨烯很柔软，对导热材料的硬度及压缩性能影响较小。
请参阅图1，上述导热材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤s110、将石墨进行粉碎得到石墨碎片。
优选的，石墨碎片由石墨经过粉碎得到，石墨选自天然石墨、膨胀石墨及人工石墨片中的至少一种。
需要说明的是，如果采用市售石墨碎片可以达到要求，则步骤s110可以省略。
步骤s120、将导热材料中的各组分混合开炼得到片状的导热片材。
在本实施例中，将导热材料中的各组分混合开炼得到片状的导热片材的步骤具体为：将有机硅聚合物和石墨烯混合开炼15分钟～45分钟得到预混料；及将石墨碎片加入预混料中开炼至石墨碎片均匀分布在预混料中得到片状的导热片材。优选的，开炼采用二辊开炼机进行，开炼在室温下进行。进一步优选的，二辊开炼机的辊间距为0.3mm～0.5mm。当然，也可以将导热材料中三种组分一起混合开炼。如果导热材料中不含有石墨烯，则将有机硅聚合物和石墨碎片混合开炼15分钟～45分钟即可。
优选的，每层导热片材的厚度为0.3mm～0.5mm。
步骤s130、将多层导热片材依次层叠得到导热材料。
优选的，将多层导热片材依次层叠的叠加压力为34.475kpa～68.95kpa。
优选的，将多层导热片材依次层叠的步骤之后还包括步骤：将依次层叠的多层导热片材进行横向切割。
优选的，将10层～100层的导热片材依次层叠得到导热材料
上述导热材料的制备方法，操作简单。
一实施方式的导热件，其材料为上述的导热材料。
优选的，导热件通过将上述导热材料横向切割成型制备得到。
优选的，导热件包括多层依次层叠的导热片材。
上述导热件，通过将导热材料横向切割制备，得到的导热元件的导热率较高。
以下为具体实施例部分：
实施例1
实施例1的导热材料包括以下组分：
甲基乙烯基聚硅氧烷21.84g及石墨碎片32.76g。
将人工石墨片进行粉碎得到石墨碎片，石墨碎片的平均厚度为25μm，石墨碎片的平均长度为100μm；将有机硅聚合物和石墨碎片使用二辊开炼机在室温下混合开炼25分钟得到预混料，辊间距为0.5mm，预混料形成片状的导热片材，导热片材的厚度为0.5mm；将50层导热片材依次层叠，叠加压力为30kpa，横向切割后得到导热件。
采用稳态热流法测试单层导热片材在68.95kpa的压力下的导热率为2.0w/m·k；横向切割后的导热件在68.95kpa的压力下的导热率为8.5w/m·k，shore(00)硬度为57。
实施例2
实施例2的导热材料包括以下组分：
甲基乙烯基聚硅氧烷21.84g及石墨碎片32.76g。
将人工石墨片进行粉碎得到石墨碎片，石墨碎片的平均厚度为17μm，石墨碎片的平均长度为100μm；将有机硅聚合物和石墨碎片使用二辊开炼机在室温下混合开炼25分钟得到预混料，辊间距为0.5mm，预混料形成片状的导热片材，导热片材的厚度为0.5mm；将60层导热片材依次层叠，叠加压力为30kpa，横向切割后得到导热件。
采用稳态热流法(方法或仪器)测试单层导热片材在68.95kpa的压力下的导热率为2.2w/m·k；横向切割后的导热件在68.95kpa的压力下的导热率为11.4w/m·k，shore(00)硬度为57。
实施例3
实施例3的导热材料包括以下组分：
甲基乙烯基聚硅氧烷21.84g及石墨碎片40.56g。
将人工石墨片进行粉碎得到石墨碎片，石墨碎片的平均厚度为25μm，石墨碎片的平均长度为100μm；将有机硅聚合物和石墨碎片使用二辊开炼机在室温下混合开炼25分钟得到预混料，辊间距为0.5mm，预混料形成片状的导热片材，导热片材的厚度为0.5mm；将60层导热片材依次层叠，叠加压力为30kpa，横向切割后得到导热件。
采用稳态热流法测试单层导热片材在68.95kpa的压力下的导热率为3.0w/m·k；横向切割后的导热件在68.95kpa的压力下的导热率为13.22w/m·k，shore(00)硬度为60。
实施例4
实施例4的导热材料包括以下组分：
甲基乙烯基聚硅氧烷21.84g及石墨碎片40.56g。
将人工石墨片进行粉碎得到石墨碎片，石墨碎片的平均厚度为17μm，石墨碎片的平均长度为100μm；将有机硅聚合物和石墨碎片使用二辊开炼机在室温下混合开炼25分钟得到预混料，辊间距为0.5mm，预混料形成片状的导热片材，导热片材的厚度为0.5mm；将60层导热片材依次层叠，叠加压力为30kpa，横向切割后得到导热件。
采用稳态热流法测试单层导热片材在68.95kpa的压力下的导热率为3.3w/m·k；横向切割后的导热件在68.95kpa的压力下的导热率为16.91w/m·k，shore(00)硬度为60。
实施例5
实施例5的导热材料包括以下组分：
甲基乙烯基聚硅氧烷21.84g、石墨碎片40.56g及石墨烯4.6g。石墨烯的平均厚度为2nm，平均长度为10μm，石墨烯的比表面积为400m2/g。
将人工石墨片进行粉碎得到石墨碎片，石墨碎片的平均厚度为25μm，石墨碎片的平均长度为100μm；将石墨烯加入硅橡胶基体中开炼30分钟至石墨烯均匀分布在基体中得到预混料，将预混料和石墨碎片使用二辊开炼机在室温下继续开炼30分钟得到导热片材，辊间距为0.5mm；导热片材的厚度为0.5mm；将60层导热片材依次层叠，叠加压力为30kpa，横向切割后得到导热件。
采用稳态热流法测试单层导热片材在68.95kpa的压力下的导热率为3.3w/m·k；横向切割后的导热件在68.95kpa的压力下的导热率为18.12w/m·k，shore(00)硬度为63。
实施例6
实施例6的导热材料包括以下组分：
甲基乙烯基聚硅氧烷21.84g、石墨碎片40.56g及石墨烯4.6g。石墨烯的平均厚度为2nm，平均长度为10μm，石墨烯的比表面积为400m2/g。
将人工石墨片进行粉碎得到石墨碎片，石墨碎片的平均厚度为17μm，石墨碎片的平均长度为100μm；将石墨烯加入硅橡胶基体中开炼30分钟至石墨烯均匀分布在基体中得到预混料，将预混料和石墨碎片使用二辊开炼机在室温下继续开炼30分钟得到导热片材，辊间距为0.5mm；导热片材的厚度为0.5mm；将60层导热片材依次层叠，叠加压力为30kpa，横向切割后得到导热件。
采用稳态热流法测试单层导热片材在68.95kpa的压力下的导热率为3.5w/m·k；横向切割后采用激光散射法测得材料导热率为26.12w/m·k，shore(00)硬度为63。
从实施例1～6采用本发明方案的导热件的导热率较高，可以实现25w/m·k以上的超高导热率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。